DE2420689A1 - Verfahren und anordnung zur verbesserung der eigenschaften elektrodynamischer schwinger durch bewegungsgegenkopplung - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zur Verbesserung der Eigenschaften elektrodynamischer Schwinger durch Bewegungsgegenkopplung.
• Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Anordnung zur Verbesserung der Eigenschaften elektro-dynamischer Schwinger im Bereich und unterhalb der Eigenfrequenz. Die Erfindung ist anwendbar anf Schwinger, bei denen die Beschleunigung die geforderte Ausgangsgröße darstellt, insbesondere zählen hierzu Lautsprecher.
• Bei elektro-dynamischen Schwingern wird meist im Bereich der Eigenfrequenz ein linearer Frequenz und Phasengang gefordert, ferner ein gutes Ein- und Ausschwingverhalten, also eine gute Impulswiedergabe.
• Hierbei kann die Beschleunigung, die Schnelle oder die Auslenkung der Schwingung relevant seinO Bei Lautsprechern ist die Beschleunigung der Membrane annähernd dem Schalldruck proportional, so daß in diesem Fall eine frequenzunabhängige Beschleunigung gefordert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren soll die starke Freauenzabhängigkeit der Beschleunigung bei elektro-dynamischen Schwingern im Bereich und unterhalb der Eigenfrequenz verminderns die Impulswiedergabe verbessern und im Bereich der Eigenfrequenz die im Schwinger hervorgerufenen Nicht linearltäten zum Teil kompensieren.
• Um Verbesserungen zu erziehlen, wird allgemein eine Bewegungsgegenkopplung ( hier eine BeschleunigunOsgegenkop-ç-lung ) vorgesehen. Ein beschleunigungs proportionales Signal kann mit Beschleunigungsaufnehmern oder mit Geschwindigkeits-( Schnelle- ) aufnehmern,- deren Signal differenziert wird, gewennen werden. Ohne eine Veränderung am Schwinger selbst vornehmen zu müssen kann ein geschwindigkeitsproportionales Signal über die in der Antriebsspule induzierte Spannung gewonnen werden. Bei dieser Methode wird das geschwindigkeitspropGrtionale Signal über eine Brückenschaltung gewonnen ( Fig. 1 oder äquivalent )o Die vier Zweige der Brücke werden gebildet durch den Lautsprecher, eine Nachbildung der Ruheimpedanz (blockiert), sowie durch zwei Widerstände. Durch Differentiation erhält man das Gegenkopplungssignel.( Der Schwinger ist ale Lautsprecher dargestellt. ) Teilweise wird auf eine Differentiation des geschwimdigkeitsproportie nalen signals verzichtet, durch die Gegenkopplung wird dann die Schnelle der Schwingung frequenzunsbhängig. Der Frequenzgang der Beschleunigung fällt dann mit konstant 6 dB je Frequenzhalbierung (Oktave), die Paase heträgt + 90°. Das ergibt eine Verbessdruck des Frequenzganges unterhalb der Eigenfrequenz und eine Verechlechterung oberhalb der Eigenfrequenz.
• An den beschriebenen Verfahren ist zu kritisieren, daß durch die Anbringung Fon Bewegungsaufnehmern bzw. durch die Erückenschaltung mit der notwendigen genauen Nachbildung der Ruheimpodanz der Aufwand recht hoch ist. Bei einer Geschwindigkeitsgegenkopplung ist der Erfolg nur beschränkt. Auf Grund des notwendigen Eingriffs bzw.
• der individuellen Impadenzaschbildung sind diese Verfahren nicht auf beliebige Lautsprecher oder Lautsprecherkombinationen anwendbar.
• Oft sind die parasitären Resonanzen oberhalb der Eigenfrequenz nur schwierig und mit hohem Aufwand beherrschbar.
• Das erfindungsgemäße Verfahren versucht die geforderte frequenzunabhängige Beschleunigung des elektro--dynamischen Schwingers auf einfache Weise zu erreichen, es ist ohne aufwendige Einstellungen verschiedensten Lautsprechern und Lautsprecherkombinationen anzupassen.
• Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird ein dem Antriebcspulenstrom pronortionales Signal über einen Tiefpass auf den Leistungsverstärker als Mitkopplung rückgeführt (Fig. 2). Die Eckfrequenz des Tiefpasses legt im Bereich der Eigenfrenuenz des Schwingers ( + 1 Oktave )-.
• Hierdurch wird folgendes erreicht: 1. Es ergibt sich elne Mitkopplung des Leistungsvertärkers, die bei Abschluss des Verstärkers mit einem reellen Widerstand anstelle der Antriebsspule des Shwingers zu einer Frequenzganganhebung im Bereich und unterhalb der Ecl freauens des Tiefpasses führt 2. Wird der Leistungsverstärker mit der Antriebsspule eines elektro-dynamischen Schwingers abgeschlossen, ergibt sich zusätzlich eine Gegenkopplung durch die in der Ancrlebsspule induzierte geschwindigkeitsproportionale Spannung, die den Antriebsspulenstrom vormindert. Diese Gegenkopplung hebt die Mitkopplung teilweise wieder auf und kann sie in manchen Betriebszuständen ( wie im Ausschwingvorgang 3 iibersteigen 3, Durch eine gesignete Dimensionierung der unteren Eckfrequenz des Leistungsverstärkeres und der damit verbundenen Phasendrehung wandelt sich die Mitkopplung zusahmend in eine Gegenkopplung, wodurlch hei tiefsten Frequenzen ein steler Frequenzgangsbfall erreicht werden kann.
• Durch die Wahl der Eckfrequenz des Tiefpasses und der Größe der Mit-Gegenkopplung kann erreicht-werden, daß der Frequenzgang des elektro-dynamischen Schwingers weitgehend kompensiert wird und so der Frequenz- und Phasengang bis zu sehr tiefen Frenuenzen linear wird. Das entspricht einer Herabsetzung und optimalen Dämpfung der Eigenresonanz des Schwingers.
• Fig.3 zeigt den schematischen Frequenzgang (1) eines mechanisch schwach gedämpften Kompaktlautsprechers mit einer Eigenfrequenz von 70 Hz ( bei zusätzlscher elektrischer Dämpfung durch den kleinen Innenwiderstand des Leistungsverstärkers ). Zudem zeigt Fig.3 den möglichen Frequenzgang der erfindungsgemäßen Anordnung bei Abschluss mit einem reellen Widerstand (2) und mit der Antriebsspule bzw. mit dem mechanisch schwach gedämpften Kompaktlautsprecher (3) gleicher Nennimpedanz. Der Frequenzgang (4) zeigt die Differenz von (2) und (3) und damit die Größe der Bowegungsgegenkopplung und der Eigenresonanzunterdrückung, sowie den Frequenzbereich in dem die im Lautsprecher hervorgerufenen Nichtlinearitäten zum Teil kompensiert werden.
• Fig.4 zeigt die Synthese (5) des Frequenzganges des Lautsprechers (1) und der erfindungsgemäßen Anordnung mit Lautsprecherabschluss (3).
• Diesem Frequenzgang gegenübergestellt ist der Frequenzgang des gleichen Kompaktlautsprechers, der aber zur Eigenresonanzunterdrückung mechanisch stark bedämpft ist ( auch bei zusätzlicher elektrischer Dämpfung durch.
• den kleinen Innenwiderstand des Leistungsverstärkers ).(6).
• Es zeigt sich deutlich eine Ausweitung des linearen Frequenzganges und des hieran gebundenen Phasenganges ohne Resonanz. Der bei tiefsten Frequenzen auftretende steile Abfall ist positiv zu bewerten, bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel vermindert er Störsignale, wie tiefstfre.quentes Plattenspielerrumpeln und hohe gesundheitsschädliche Infraschallpegel. Neben der Frequenzgangverbesserrung tritt eine Verkürzung der Ein- und Ausschwingvorgänge ein, die Impulswiedergabe wird verbessert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch einfaches Anpassen des Tiefpasses im Mit-Gegenkopplungszweig an die jeweilige Eigenfreauenz ( Lautsprecher ca. 50 bis 100 az ) des Schwingers und das einstellen des Mitkopplungels auf die meisten Lautsprecher und. Lautsprecher kombinationen anwendbar.
• Störende parasitäre Resonanzen können nicht auftreten, da die Mit-Gegenkopplung im kritischen Frequenzbereich obne Funktione ist.
• Durch die Möglichkeit die mechanische Dämpfung zu verringern,wird der tiirkungsgrad ( Spannung zu Beschleunigung bzw. Schalldruck ) des Schwingers größer. Durch die geringere mechanische Dämpfung erhöht sich zudem die Impedanz in dem Rereich der Eigenfrequenz, was bei gleicher Ausgangsspannung eine geringere Belastung des Leistungsverstarkers bedeutet.
• Bemerkenswert ist, daß hier nicht durch Differentiation - wie üblich und naheliegend - sondern durch eine teileise Integration ( Tiefpass ) des Rückkopplungssignales der gewünschte Effekt erreicht wo den konrte.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Vorfahren und Anordnung zur Verbesserung der Eigenschaften elektrodynamischer Schwinger1 bei denen die Beschleunigung die geforderte Ausgangsgröße darstellt, insbesondere Lautsprecher, im Bereich und unterhalb der Eigenfrequenz durch Bewegungsgegenkopplung und Frequenzgangkorrektur durch Mitkopplung, dadurch ge;ennzeichnet, dai) ein dem Arbeitsspulenstrom proportionales Signal über einen Tiefpass als Mitkopplung rückgekoppelt wird. Die Eckfreouenz des Tiefpasses liegt im Bereich der Eigenfrequenz des Schwingers ( ca. -1 Oktave)

2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die untere Eckfrequenz des Leistungsverstärkere so dimensioniert wird, daß sich durch die Mitkopplung ein steilflankiges Rochpassverhalten zur Unterdriickung sehr tiefer Frequenzanteile außerhalb des geforderten Frecuenzbereiches ergibt0