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Verfahren und Anordnung zur Erfassung oder Beeinflussung der Bewegungsvorgänge in dynamischen
Lautsprechern.
Bei dynamischen Lautsprechern wird durch die Bewegung der Schwingspule im Felde in dieser eine Gegen-EMK erzeugt, welche weiterhin als Bewegungsspannung bezeichnet wird.
Es ist bereits bekannt, die grossen im Resonanzfall auftretenden Amplituden dadurch zu dämpfen, dass man parallel zur Schwingspule einen Spannungsresonanzkreis schaltet, der auf die Resonanz- frequenz abgestimmt ist und so die grossen Amplituden bei der Resonanzfrequenz dämpft. Hiedurch werden lediglich die Bewegungsvorgänge im Resonanzfall, jedoch nicht die gesamten Bewegungs- vorgänge des Lautsprechers erfasst.
Des weiteren ist bekannt, der Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers eine zweite Spule oder ein Mikrophon zuzuordnen, um die zu Mess-oder Kompensationszweeken benötigte Spannung zu erzeugen. Der Aufwand bei diesen Schaltungen ist jedoch verhältnismässig gross, wobei noch nicht einmal die Gewähr dafür gegeben ist, dass die erzeugte Spannung tatsächlich völlig der Bewegungsspannung entspricht bzw. dass aus dieser durch das Zusatzelement erzeugten Spannung die Bewegungs- spannung einwandfrei abgeleitet werden kann.
Die Erfindung besteht darin, diese Bewegungsspannung einwandfrei als solche zu gewinnen oder proportional nachzubilden und zur Erfassung bzw. zur Beeinflussung der Bewegungsvorgänge in dynamischen Lautsprechern zu benutzen. Gemäss der Erfindung geschieht dies dadurch, dass aus der Spannung an der Schwingspule eine ihrer Bewegungsspannung proportionale Teilspannung durch Kompensation der übrigen Spannungskomponenten in der Weise gewonnen wird, dass die von der Schwingspulenbewegung unabhängigen Komponenten, insbesondere die Ohmschen und induktiven Spannungsabfälle in der Schwingspule, durch eine aus einer Nachbildung der Wirk-und Scheinwiderstände der Schwingspule und einem, vorzugsweise Ohmschen Spannungsteiler bestehende Brückenschaltung kompensiert werden.
Es kann hiezu in einfacher Weise je ein x-tel des Ohmschen Widerstandes R und der Selbstinduktion L der Schwingspule zu dieser in Serie geschaltet und die zugeführte Spannung durch Ohmsche Widerstände im Verhältnis 1 : x geteilt werden. Die nach vorliegender Erfindung gewonnene Spannung lässt sich besonders gut zu folgendem verwenden :
1.
Zur Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schwingspulen dynamischer Lautsprecher ;
2. zur angenäherten Feststellung der abgestrahlten Schallenergie ;
3. zur angenäherten Erzielung einer in Abhängigkeit von der Frequenz gewünschten Schallenergieabstrahlung durch Rückführung einer Spannung, die zweckmässig in einem Verhältnis steht zur gewonnenen Spannung, zur abzustrahlenden Schallenergie und zum Strahlungswiderstand der verwendeten Lautsprechertype ;
4. zur Verringerung nichtlinearer Verzerrungen durch Rückführung in Gegenphase einer der gewonnenen Spannung proportionalen, auf ein Vorrohr des verwendeten Verstärkers.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ; Fig. 2 zeigt das Ersatzschema und Fig. 3 gibt in vektorieller Darstellung das Spannungsdiagramm der Anordnung nach Fig. 1 und 2.
An den Punkten A und G liegt die Ausgangsspannung eines Verstärkers E verst. Die Schwingspule des Lautsprechers hat einen Ohmschen Widerstand R und eine Selbstinduktion L, die bei ruhender
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spule entsteht ein Spannungsabfall, der sich aus folgenden Teilspannungen zusammensetzt : aus dem Spannungsabfall des Ohmschen Widerstandes der Schwingspule C, der in Phase ist mit dem Strom I, dargestellt durch den Vektor B-E, dem induktiven Spannungsabfall X, der um 90 in der Phase verschoben ist, dargestellt durch den Vektor E-D, sowie der Bewegungsspanung ssB, dargestellt
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Spannung wird durch den Spannungsteiler im Verhältnis 1 :
x geteilt, und es stellt der Vektor F-G ein x-tel der Spannung A-Ii'dar. Verbindet man nun den Punkt D mit F, so ergibt sieh eine Spannung, die in der Phase mit der Bewegungsspannung A-B übereinstimmt und in der Grösse der x+I-te Teil der Bewegungsspannung ist und an den Punkten D und F abgenommen oder gemessen werden kann.
Dies ergibt sich daraus, dass die Dreiecke F-G-D und A-G-B ähnlich sind, weshalb sieh F-D : A-B so wie G-F : G*-. verhalten, d. i. so wie 1 : 1 + x.
Die an den Punkten D und F gewonnene Spannung ist daher in der Grösse proportional der jeweiligen Geschwindigkeit der Schwingspule im Felde und kann erfindungsgemäss zu folgendem Verwendung finden :
1. Zur Untersuchung der Bewegungsvorgänge von Schwingspulen dynamischer Lautsprecher.
Legt man an die Punkte A und G eine Tonfrequenzspannung derart, dass die Spannung an den Punkten D und A konstant ist, die Frequenz aber variiert wird, so gibt die an den Punkten D und F gemessene Spannung ein Mass der Schwingspulengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz.
DrÜckt man der Schwingspule eine Spannung einer bestimmten Frequenz auf, dann wird die Sehwingspule nicht nur mit der zugeführten Frequenz, sondern auch mit deren Harmonischen schwingen.
Die Grösse dieser unerwünschten Schwingungen lässt sich durch Messung der Oberwellen der an den Punkten D und F gemessenen Spannung feststellen, z. B. durch Verwendung einer Klirrfaktormessbrücke.
2. Zur angenäherten Feststellung der abgestrahlten Schallenergie. Bewegungsspannung x Strom xcos des Phasenwinkels sind gleich der bei der Bewegung der Schwingspule entstehenden Reibungsenergie und der an die Luft abgegebenen Schallenergie. Im allgemeinen ist die durch Reibung vernichtete Energie gering, so dass sie dann vernachlässigt werden kann, weshalb auf diese Weise die abgestrahlte Schallenergie gemessen werden kann. Die Messung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Spannung zwischen den Punkten C und D und die Spannung zwischen den Punkten D und F zwei verschiedenen Steuergittern einer produktbildenden Einrichtung, wie einer Verstärkerröhre, z. B. einer Hexode, zugeführt wird. Die Änderung des Anodenstromes ist dann ein Mass für die abgestrahlte Schallenergie.
3. Es war bis jetzt bekannt, durch Gegenkopplung das Verhältnis der Verstärkerausgangsspan- nung zur Verstärkereingangsspannung oder das Verhältnis des vom Verstärker abgegebenen Stromes zur Verstärkereingangsspannung bei verschiedenen Frequenzen angenähert konstant zu halten. Diese Methode hat den Nachteil, dass der sieh in Abhängigkeit von der Frequenz ändernde Schwingspulen- widerstand bzw. der sich ändernde Strahlungswiderstand der verwendeten Lautsprechertype nicht entsprechend berücksichtigt wurde.
Bei konstantem Strahlungswiderstand ist die abgegebene Schallenergie dem Quadrate der Bewegungsspannung mit ziemlicher Genauigkeit proportional. Hält man daher durch Rückführung einer der Bewegungsspannung proportionalen Spannung das Verhältnis von Bewegungsspannung zur Verstärkereingangsspannung annähernd konstant, so wird bei konstantem Strahlungswiderstand das gewünschte Verhältnis von abgestrahlter Schallenergie zur Verstärkereingangsspannung erzielt. Durch frequenzabhängige Rückführung lässt sich daher der Einfluss der Änderung des Strahlungswiderstandes ausgleichen.
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4. Bei der bekannten Gegenkopplung durch Rückführung einer der Verstärkerausgangsspannung bzw. dem Verstärkerausgangsstrom proportionalen Spannung wird die nichtlineare Verzerrung im
Verstärker verringert, während die nichtlineare Verzerrung, die im Lautsprecher selbst entsteht, infolge des Ohmschen und induktiven Widerstandes der Schwingspule kaum erfasst wird. Durch Rückführung einer der Bewegungsspannung proportionalen Spannung lässt sich die nichtlineare Verzerrung sowohl im Verstärker als auch im Lautsprecher entsprechend verkleinern.
Die Erfindung ist selbstverständlich sowohl für permanent-als auch für elektrodynamische Lautsprecher verwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erfassung oder Beeinflussung der Bewegungsvorgänge in dynamischen Lautsprechern unter Anwendung einer durch die Bewegung der Sehwingspule oder einer ähnlich angeordneten Hilfsspule im Felde in dieser erzeugten Spannung (Bewegungsspannung), dadurch gekennzeichnet, dass aus der Spannung an der Schwingspule eine ihrer Bewegungsspannung proportionale Teilspannung durch Kompensation der übrigen Spannungskomponenten in der Weise gewonnen wird, dass die von der Schwingspulenbewegung unabhängigen Komponenten, insbesondere die Ohmschen und induktiven Spannungsabfälle in der Schwingspule, durch eine aus einer Nachbildung der Wirk-und Scheinwiderstände der Schwingspule und einem, vorzugsweise Ohmschen Spannungsteiler bestehende Brückenschaltung kompensiert werden.
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Method and arrangement for recording or influencing the movement processes in dynamic
Speakers.
In the case of dynamic loudspeakers, the movement of the voice coil in the field generates a back-EMF, which is also referred to as motion voltage.
It is already known to dampen the large amplitudes occurring in the case of resonance by connecting a voltage resonance circuit parallel to the voice coil, which is tuned to the resonance frequency and thus damps the large amplitudes at the resonance frequency. This only records the movement processes in the case of resonance, but not the entire movement processes of the loudspeaker.
It is also known to associate a second coil or a microphone with the voice coil of a dynamic loudspeaker in order to generate the voltage required for measurement or compensation purposes. However, the effort involved in these circuits is relatively high, and there is not even a guarantee that the voltage generated actually corresponds completely to the movement voltage or that the movement voltage can be properly derived from this voltage generated by the additional element.
The invention consists in obtaining this motion voltage as such properly or in proportionately reproducing it and using it to detect or influence the motion processes in dynamic loudspeakers. According to the invention, this is done in that a partial voltage proportional to its motion voltage is obtained from the voltage on the voice coil by compensating the other voltage components in such a way that the components independent of the voice coil movement, in particular the ohmic and inductive voltage drops in the voice coil, are replaced by a can be compensated for by simulating the active and apparent resistances of the voice coil and a bridge circuit, preferably an ohmic voltage divider.
For this purpose, an x-th of the ohmic resistance R and the self-induction L of the voice coil can be connected in series with this and the voltage supplied can be divided by ohmic resistances in the ratio 1: x. The voltage obtained according to the present invention can be used particularly well for the following:
1.
To investigate the movement processes of voice coils in dynamic loudspeakers;
2. for an approximate determination of the radiated sound energy;
3. to achieve an approximate achievement of a desired sound energy radiation depending on the frequency by feeding back a voltage which is expediently related to the voltage obtained, the sound energy to be emitted and the radiation resistance of the loudspeaker type used;
4. to reduce non-linear distortion by feeding back in antiphase a voltage proportional to the voltage obtained to a front pipe of the amplifier used.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Fig. 1 shows an embodiment of the invention; FIG. 2 shows the equivalent scheme and FIG. 3 shows the voltage diagram of the arrangement according to FIGS. 1 and 2 in a vector illustration.
The output voltage of an amplifier E is amplified at points A and G. The voice coil of the loudspeaker has an ohmic resistance R and a self-induction L, which when at rest
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coil results in a voltage drop made up of the following partial voltages: the voltage drop in the ohmic resistance of the voice coil C, which is in phase with the current I, represented by the vector BE, the inductive voltage drop X, which is shifted by 90 in phase , represented by the vector ED, as well as the motion voltage ssB
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Voltage is determined by the voltage divider in the ratio 1:
x divided, and the vector F-G represents an xth of the voltage A-Ii '. If you now connect point D with F, you will see a voltage that corresponds in phase to the movement voltage AB and is the x + I-th part of the movement voltage and can be taken or measured at points D and F. .
This is because the triangles F-G-D and A-G-B are similar, so see F-D: A-B like G-F: G * -. behavior, d. i. like 1: 1 + x.
The voltage obtained at points D and F is therefore proportional in size to the respective speed of the voice coil in the field and can be used according to the invention for the following:
1. To investigate the movement processes of voice coils in dynamic loudspeakers.
If you apply an audio frequency voltage to points A and G such that the voltage at points D and A is constant, but the frequency is varied, the voltage measured at points D and F gives a measure of the voice coil speed as a function of the frequency .
If you press the voice coil with a voltage of a certain frequency, then the voice coil will not only vibrate with the supplied frequency, but also with its harmonics.
The size of these unwanted oscillations can be determined by measuring the harmonics of the voltage measured at points D and F, e.g. B. by using a distortion factor measuring bridge.
2. For an approximate determination of the radiated sound energy. Movement voltage x current xcos of the phase angle are equal to the frictional energy resulting from the movement of the voice coil and the sound energy released into the air. In general, the energy destroyed by friction is low, so that it can then be neglected, which is why the radiated sound energy can be measured in this way. The measurement can be done in a simple manner in that the voltage between points C and D and the voltage between points D and F are two different control grids of a product-forming device, such as an amplifier tube, e.g. B. a hexode is supplied. The change in the anode current is then a measure of the radiated sound energy.
3. It was previously known to keep the ratio of the amplifier output voltage to the amplifier input voltage or the ratio of the current output by the amplifier to the amplifier input voltage approximately constant at different frequencies by means of negative feedback. This method has the disadvantage that the voice coil resistance, which changes depending on the frequency, or the changing radiation resistance of the loudspeaker type used was not taken into account accordingly.
With constant radiation resistance, the emitted sound energy is proportional to the square of the motion voltage with a fair degree of accuracy. If the ratio of the motion voltage to the amplifier input voltage is kept approximately constant by returning a voltage proportional to the motion voltage, the desired ratio of radiated sound energy to the amplifier input voltage is achieved with a constant radiation resistance. The influence of the change in radiation resistance can therefore be compensated for by frequency-dependent feedback.
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4. With the known negative feedback by feeding back a voltage proportional to the amplifier output voltage or the amplifier output current, the non-linear distortion is im
Amplifier reduces, while the non-linear distortion that arises in the loudspeaker itself is hardly detected due to the ohmic and inductive resistance of the voice coil. By feeding back a voltage proportional to the motion voltage, the non-linear distortion in both the amplifier and the loudspeaker can be reduced accordingly.
The invention can of course be used for both permanent and electrodynamic loudspeakers.
PATENT CLAIMS:
1. A method and circuit arrangement for detecting or influencing the movement processes in dynamic loudspeakers using a voltage generated by the movement of the voice coil or a similarly arranged auxiliary coil in the field (movement voltage), characterized in that one of its movement voltage from the voltage on the voice coil proportional partial voltage is obtained by compensating the remaining voltage components in such a way that the components that are independent of the voice coil movement, in particular the ohmic and inductive voltage drops in the voice coil, are made up of a simulation of the real and apparent resistances of the voice coil and a, preferably ohmic voltage divider Bridge circuit are compensated.