DE2420689B2

DE2420689B2 - Verfahren und Anordnung zur Verbesserung der Eigenschaften elektrodynamischer Wandler durch Bewegungsgegenkopplung

Info

Publication number: DE2420689B2
Application number: DE19742420689
Authority: DE
Inventors: Arndt 7500 Karlsruhe Klingelnberg
Original assignee: Individual
Current assignee: KLINGELNBERG, ARNDT, 5630 REMSCHEID, DE
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2420689C3; DE2420689A1

Description

proportionales Signal über einen Tiefpass mit der Grenzfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz des Wandlers als Mitkopplung rückgekoppelt wird.

Hierdurch wird folgendes erreicht: 1) Es ergibt sich eine Mitkopplung des Leistungsverstärkers, die bei 5 Abschluß des Verstärkers mit einem reellen Widerstand (anstelle der Antriebsspule des Wandlers) zu einer Anhebung im Pegelfrequenzgang im Bereich und unterhalb der Eckfrequenz des Tiefpasses führt. 2) Wird der Leistungsverstärker mit der Antriebsspule in eines elektrodynamischen Wandlers abgeschlossen, ergibt sich zusätzlich eine Gegenkopplung durch die in der Antriebsspule induzierte geschwindigkeitsproportionale Spannung, die den Antriebsspulenstrom vermindert. Diese Gegenkopplung hebt die Mitkopplung teilweise wieder auf und kann sie in manchen Betriebszuständen (wie im Ausschwingvorgang) übersteigen. 3) Durch eine geeignete Dimensionierung der unteren Eckfrequenz des Leistungsverstärker und der damit verbundenen Phasendrehung wan- κι delt sich die Mitkopplung zunehmend in eine Gegenkopplung. Hierdurch kann bei tiefen Frequenzen außerhalb des geforderten Frequenzbereiches ein steiler Abfall im Pegelfrequenzgang erreicht werden.

Durch die Wahl der Eckfrequenz des Tiefpasses (R_T, C_t) in Fig. 2 und der Größe der Rückkopplung kann erreicht werden, daß durch die spezielle Kombination von Mit- und Gegenkopplung die linearen Verzerrungen im Übertragungsfaktor des elektrodynamischen Wandlers weitgehend kompensiert werden .in und so der Pegel- und Phasenfrequenzgang bis zur unteren Grenze des geforderten Frequenzbereiches linearisiert werden. Das entspricht einer Herabsetzung und optimalen Dämpfung der Eigenfrequenz des Wandlers.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist durch einfaches Anpassen des Tiefpasses im Mit- bzw. Gegenkopplungszwcig an die jeweilige Eigenfrequenz des Wandlers (bei Lautsprechern ca. 50 bis 100 Hz) und das Einstellen des Rückkopplungspegcls eine Verwendung mit den meisten Lautsprechern und Lautsprecherkombinationen möglich.

Fig. 3 zeigt den schematischen Frequenzgang (1) eines mechanisch schwach gedämpften Kompaktlautsprechers mit einer Eigenfrequenz von 70 Hz (he! zusätzlicher 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 des so Wandlers (3) (mechanisch schwach gedämpfter Kompaktlautsprechcr gleicher Nennimpedanz). Der Frequenzgang (4) zeigt die Differenz von (2) und (3) und damit den Einfluß der Bewegungsgegenkopplung im Bereich der Eigenfrequenz. Damit ist auch der Frequenzbereich ersichtlich, in dem die vom Wandler (Lautsprecher) verursachten Nichtlinearitäten durch die Gegenkopplung vermindert 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 (6) des gleichen Kompaktlautsprecheis, der aber, um die Auswirkungen der Eigenfrequenz zu vermindern, mechanisch stark gedämpft werden mußte (auch bei zusätzlicher elektrischer Dämpfung durch den kleinen Innenwiderstand des Leistungsverstärkers). Es zeigt sich deutlich eine Ausweitung des linearen Pegeifrequenzganges und des hieran gebundenen Phasenfrequenzganges ohne Resonanzüberhöhung. Der bei tiefen Frequenzen auftretende steile Abfall ist beabsichtigt. Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel vermindert er Störsignale, wie tieffrequentes Plattenspielerrumpeln und hohe, unangenehme Infraschallpegel. Durch die Frequenzgangverbesserung tritt eine Verkürzung der Ein- und Ausschwingvorgänge ein, die Impulswiedergabe wird verbessert.

Störende parasitäre Resonanzen können nicht auftreten, da die Mit- bzw. Gegenkopplung im kritischen Frequenzbereich oberhalb der Eigenfrequenz ohne Funktion ist. Da die Möglichkeit gegeben ist, die mechanische Dämpfung des Wandlers zu verringern, wird der Wirkungsgrad (Beschleunigung bzw. Schalldruck zu Eingangsspannungi des Wandlers größer. Durch eine geringere mechanische Dämpfung erhöht sich zudem die Impedanz des Wandlers in dem Bereich seiner Eigenfrequenz, was bei gleicher Spannung eine geringere Belastung des Leistungsverstärkers bedeutet. Bemerkenswert sind die durch die besondere Kombination von Mit- und Gegenkopplung beim erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Vereinfachungen gegenüber bisher bekannten Verfahren:

1. Eine Differentiation des Rückkopplungssignals. was naheliegend und üblich ist, um das an sich gewünschte beschleunigungsproportionale Signal zu erhalten, ist zur Erreichung des gewünschten Erfolges nicht notwendig. Im Gegensatz hierzu erfolgt bei höheren Frequenzen sogar eine Integration (Tiefpass), was ein auslcnkungsproportionales Signal erzeugt.

2. Eine Brückcnschaltung ist nicht notwendig. Die Schaltung ist daher prinzipiell einfacher und bedarf keines diffizilen Abglcichs.

3. Die Verwendung besonderer Wandler (Laut-Sprecher) oder ein Eingriff in die Wandler (Anbringen eines Bewegungsaufnehmers) ist nicht notwendig. Es können normale, handelsübliche elektrodynamische Wandler (Lautsprecher, ja sogar Lautsprecherkombinationen) verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 schieunigung gefordert wird. Patentansprüche: Oberhalb der Eigenfrequenz ist bei elektrodynami schen Wandlern der Übertragungsfaktor (Beschleu-

1. Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaf- nigung zu Eingangsspannung) annähernd konstant, ten elektrodynamischer Wandler, bei denen die 5 Im Pereich und unterhalb der Eigenfrequenz treten Beschleunigung die geforderte Ausgangsgröße dagegen lineare und auch nichtlineare Verzer.-ungen darstellt, insbesondere von Lautsprechern, im Be- im Übertragungsfaktor auf, die es zu vermindern reich und unterhalb des Bereiches der Eigenfre- gilt.

quenz durch eine Kombination von einer Bewe- Im allgemeinen wird, um die Verzerrungen zu vergungsgegenkopplung und einer Frequenzgang- io mindern, eine Bewegungsgegenkopplung (hier eine korrektur durch eine Mitkopplung, dadurch Beschleunigungsgegenkopplung) angewendet. Ein gekennzeichnet, daß ein dem Antriebsspulen- beschleunigungsproportionales Signal kann mit Bestrom des elektrodynamischen Wandlers propor- schleunigungsaufnehmern oder mit Geschwindigtionales Signal über einen Tiefpass mit der keirs- (bzw. Schnelle-)aufnehmern, deren Signal dif-Grenzfrequenz im Bereich der Eigenfrequenz is ferenziert wird, gewonnen werden. Soll eine Verändedes Wandlers als Mitkopplung rückgekoppelt rung am Wandler selbst nicht vorgenommen werden, wird. so kann ein geschwindigkeitsproportionales Signal ge-

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Lei- Wonnen werden über die infolge der Bewegung industungsverstärker zu Ansteuerung des elektrody- zierte Spannung in der Antriebsspule des Wandlers, namischen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, 211 Bei dieser Methode wird das geschwindigkeitspropordaß die untere Grenzfrequenz des Leistungsver- tionale Signal über eine Brückenschaltung gewonnen stärkersso dimensioniert wird, daß sich durch die (Fig. 1 oder äquivalente Schaltung). Die vier Zweige Mitkopplung insgesamt ein steilflankiges Hoch- der Brücke werden gebildet durch den Wandler passverhalten zur Unterdrückung sehr tiefer Fre- (Z_Wmäi„: als Lautsprecher dargestellt), eine Nachbilquenzanteile außerhalb des geforderten Fre- 25 dungder Ruheimpedanz(Z_Wu/lr: entsprechend der Imquenzbereiches ergibt. pedanz des mechanisch blockierten Wandlers), sowie

3. Anordnung zur Durchführung eines Verfah- durch zwei Widerstände (R₁ und R₂). Durch Differens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gc- rentiation der Differenzspannung an der Brücke erkennzeichnet, daß in Reihe zu der Antriebsspule hält man das Gegenkopplungssignal und kann damit des elektrodynamischen Wandlersein Widerstand M) den Übertragungsfaktor in gewünschter Weise line- (R) geschaltet ist,dessen Wert gegenüber dem des arisieren. Teilweise wird zur Vereinfachung auf die Wandles von zu vernachlässigender Größe ist, wo- Differentiation des geschwindigkeitsproportionalen bei der Spannungsabfall über diesen Widerstand Signals verzichtet. Infolge der dann vorhandenen Geüber ein Tiefpassfilter (R_T, C₁) auf den Eingang schwindigkeitsgegenkopplung wird die Schnelle der des gegengckoppelten Leistungsverstärkers mit .15 Bewegung frequenzunabhängig, der Frequenzgang einer solchen Phasenlage rückgeführt wird, daß der Beschleunigung fällt dann mit konstant 6 dB je sich eine Mitkopplung ergibt. Frequenzhalbierung (Oktave), die Phase beträgt

+ y<)°. Das ergibt eine Verbesserung des Frequenzganges unterhalb der Eigenfrequenz und eine Vcr-

4(1 schlechterung oberhalb der Eigenfrequenz.

An den beschriebenen Verfahren ist zu kritisieren, daß der notwendige Aufwand recht hoch ist. Entweder

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und die zur müssen Bewegungsaufnehmer am Wandler selbst anDurchführung des Verfahrens notwendige Anord- gebracht werden, ihr Signal nachverstärkt und möglinung zur Verbesserung der Eigenschaften elektrody- 45 cherweise auch differenziert werden, oder in einer namischer Wandler im Bereich und unterhalb der Ei- Brückenschaltung muß die Ruheimpedanz sehr genau genfrequenz. Die Erfindung ist anwendbar auf nachgebildet werden und die Brückenspannung mit Wandler, bei denen die Beschleunigung die geforderte einem Differenzverstärker nachverstärkt und dann Ausgangsgröße darstellt, insbesondere zählen hierzu differenziert werden. Wird auf das Differenzieren Lautsprecher. sn verzichtet, so ist der Erfolg durch die Geschwindig-

Elektrodynamische Wandler zeigen, wenn keine keitsgegerikopplung nur beschränkt. Aufgrund des besonderen Gegenmaßnahmen getroffen werden, im notwendigen Eingriffs (Bewegungsauf nehmer) bzw. Bereich der Eigenfrequenz nicht konstante Übertra- der individuellen Ruheimpedanznachbildung sind gungsfaktoren zwischen der elektrischen Eingangs- diese Verfahren nicht auf beliebige Lautsprecher oder größe und der mechanischen Ausgangsgröße. Es tre- 55 Lautsprecherkombinationen oder sogar nachträglich ten niehtlineare Verzerrungen auf (ungenügende und ohne besondere Fachkenntnisse anwendbar. Oft Proportionalität durch vergrößerte Auslenkung bei stören parasitäre Resonanzen oberhalb der Eigenfreder Eigenfrequenz), wie auch lineare Verzerrungen quenz, diese sind schwierig und nur mit zusätzlichem (Frequenzgangfehler durrh Pegel- und Phasenändc- hohen Aufwand beherrschbar,
rungen bei der Eigenfrequenz). wi Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ii-

Die Beschleunigung, die Schnelle oder die Auslen- nearen und nichtlinearen Verzerrungen im Übertrakung kann die geforderte Ausgangsgröße darstellen. gungsmaßdcs elektrodynamischen Wandlers auf ein-Der jeweils zugehörige Übertragungsfaktor soll bei fache Weise zu vermindern und ohne aufwendige vielen Anwendungen möglichst wenig durch die Ei- Einstellungen zur Anpassung an verschiedene Lautgenfrequenz des Wandlers beeinflußt werden. Zum « Sprecher und Lautsprccherkonihinationcn auszuknm-Beispiel ist bei Lautsprechern die Beschleunigung der men.

Membrane annähernd dem Schalldruck proportional, Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß ein dem An-

so daß in diesem Fall eine frequenzunabhängige Bc- triebsspulenstrom des elektrodynamischen Wandlers