DE2938938C2 - Tonwiedergabevorrichtung - Google Patents

Description

Q'_hl = -^- (Lautsprecher 1),
fh,

(Lautsprecher 2),

mit

f*

45

50

Überschneidungsfrequenz,
Hochfrequenzband- Resonanzfrequenz erster Ordnung des ersten Lautsprechers (1) und niederste Resonanzfrequenz des zweiten Lautsprechers (2).

2. Tonwiedergabevorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (27, 28) gebildet ist durch die Impedanz einer Spule (15) und die kombinierte Impedanz des ersten Lautspre* chers(l), der ersten Parallelresonahzschaltung (101) und einer ersten Reiheriresonanzschaltung (103), die zwischen einem Paar von Eingangsanschlüssen (23, 24) angeschlossen ist, und das Hochpaßfilter (33,34) gebildet ist durch die Impedanz eines Kondensators (16) und die kombinierte Impedanz des zweiten Lautsprechers (2), der zweiten Parallelresonanzschaltung (102) und einer zweiten Reihenresonanzschaltung (104), die zwischen dem Paar der Eingangsanschlüsse (23,24) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft eine Tonwiedergabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Tonwiedergabevorrichtungen dienen zum Umsetzen von auf einem Tonträger wie einer Schallplatte, einem Magnetband oder dergleichen aufgezeichneten Signalen in ein hörbares Schallsignal.

Eine Tonwiedergabevorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE-OS 24 52 358. Die bekannte Tonwiedergabevorrichtung umfaßt eine Lautsprecheranordnung, bei der ein Audiofrequenzband mittels eines Tiefpaß- und eines Hochpaßfikers mit jeweils einer Grenzcharakteristik von 6 dB/Oktave bzw. 12 dB/Oktave unterteilt wird, wobei ein durch das Tiefpaßfilter durchgetretenes Signa! von einem ersten Lautsprecher empfangen und wiedergegeben wird und ein durch das Hochpaßfilter hindurchgetretenes Signal von einem /weiten Lautsprecher empfangen und wiedergegeben wird, wobei zweckmäßig ein Signal mit einer Frequenz nahe der Überschneidungsfrequenz von Tiefpaß- und Hochp. ßfilter mittels eines Bandpaßfilters herausgeführt und von einem dritten Lautsprecher empfangen und wiedergegeben wird. Die bekannte Tonwiedergabevorrichtung ist also ein Mehrwege-Lautsprechersystem, bei dem das Audiofrequenzband in mehrere Frequenzbänder mittels Filter aufgeteilt wird, wobei Signale innerhalb der jeweiligen Bänder durch diesen Bändern jeweils zugeordneten Lautsprechern wiedergegeben werden.

Somit wird ein Signal innerhalb eines Niederfrequenzbandes durch einen Tieftonlautsprecher mit großer Membran wiedergegeben und wird ein Signal innerhalb eines Hochfrequenzbar des durch einen Hochtonlautsprecher mit kleiner Membran wiedergegeben, wobei der dritte Lautsprecher eine dazwischenliegende Membran besitzt.

Bei einer weiteren bekannten Tonwiedergabevorrichtung (DR AS 2b 08 384) wird das Audiofrequenz band mittels Filtern in mehrere Bander unterteilt, wobei Signale innerhalb der Teilbänder mit den jeweiligen Teilbandern zugeordneten Lautsprechern wiedergegeben werden. Insbesondere wird ein F.insattelungsabschnitt in der komöinierten Schalldruckcharaktenstik des Lautsprechers fur das niedrige Frequenzband und des Lautsprechers fur das hohe Frequenzband gebildet wobei dieser Einsattelungsabschnitt durch einen Lautsprecher fur ein mittleres Frequenzband kompensiert wird, derart, daß die auf diese Weise erreichte kombinierte Schalldruckcharakteristik flach bzw. eben wird. Es wird somit lediglich eine Phaseneinstelleinrichlung für das Bilden des Einsattelungsabschnittes in der kombinierten Schalldruckcharakteristik der Lautsprecher für hohes und niedriges Frequenzband angegeben.

Der Tieftonlautsprecher zur Wiedergabe jines Signals innerhalb des Niederfrequenzbandes und der !Hochtonlautsprecher zur Wiedergabe eines Signals innerhalb des Hochfrequenzbandes sollen jeweils Signale über einen breiten Frequenzbereich wiedergeben können. Denn, wenn jeder Lautsprecher ein breites Frequenzband für die Tonwidergabe besitzt, kann das Niederfrequenz- bzw. Tonfrequenzband in eine kleine

Anzahl von Bändern ^::n!ergeteilt wurden, kann eine gewünschte Überschneidungsfrequenz schnell bestimmt werden, wenn die Lautsprecher miteinander durch ein Netzwerk verbunden sind und kann der ausgangsseitige Schalldruckpegel nahe der Überschneidungsfrequenz flach gemacht werden, um auf diese Weise hervorragende Schallsignale zu erzeugen, was für die Wiedergabe der auf den Tonträger aufgezeichneten Signale sehr erwünscht ist.

Jedoch führt die Membran eines Lautsprechers entweder eine kolbenartige Bewegung oder eine Teilschwingung entsprechend der Einwirkung eines niederfrequenten bzw. eines hochfrequenten Signals auf den Lautsprecher aus. Die Membran bewirkt eine Hochfrequenzbandresonanz erster Ordnung bei einer Grenzfrequenz zwischen dem Frequenzband, in dem die kolbenartige Bewegung ausgeführt wird und dem Frequenzband, in dem die Teilschwingung ausgeführt wird. Die ausgangsseitige Schalldnickcharakteristik des Lautsprechers besitzt somit einen scharfen Spitzenwert bei der obigen Resonanzfrequenz. Weiter besitzt der Lautsprecher in einem Niederfreqvenzbereich des Tonwiedergabe-Frequenzbandes die niederste Resonanzfrequenz, bei der eine Resonanz auftreten kann, weshalb die ausgangsseitige Schalldruckcharakteristik einen Spitzenwert bei der niedersten Resonanzfrequenz besitzt. Somit muß der Lautsprecher innerhalb eines Frequenzbandes zwischen der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung und der niedersten Resonanzfrequenz verwendet werden, weshalb es ;o unmöglich ist. den Lautsprecher innerhalb eines breiten Frequenzbandes einzusetzen. Somit ist es wieder schwierig, die gewünschte Überschneidungsfrequenz zwischen den Frequenzbändern der beiden verwendeten Lautsprecher zu bestimmen, wobei weiter die ausgangsseitige Schalldruckcharakteristik nahe der Überschneidungsfrequenz eine Anschwellung aufweist.

Wenn andererseits die Spitzenwerte der ausgangsseitigen Schalldruckcharakteristik, die bei der Hochfrequenzband-Resonanzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung und bei der niedersten Resonanzfrequenz auftreten, kleingemacht sind, ist das Tonwiedergabe-Frequenzband des Lautsprechers auf die Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung verbreitert, wodurch es unmöglich wird, den Lautsprecher innerhalb eines breiten Frequenzbandes zu verwenden.

Diese beiden Probleme können durch die bekannten Tonwiedergabevorrichtungen nicht überwunden werden.

Es ist daher Aufgabe Erfindung, eine Tonwiedergabevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die kombinierte Übertragungsfunktion für beide Lautsprecher eine ausgangsseitige Schalldruckcharaktenstik im gesamten Audiofrequenzband erreicht, die im wesentlichen eben bzw. flach ist.

Die Tonwiederg.ibevorrichtung soll also so ausgebildet sein, daß die Lautsprecher in einem breiten Frequenzbereich verwendbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch den Unteranspruch weitergebildet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sowohl Tiefpaß- als auch Hochpaßfilter eine Grenzbild-Cha- " rakteristik von 20 dB/Dekade besitzen und jeweils mit erstem bzw, zweitem Lautsprecher verbunden sind, wobei der erste Lautsprecher in Reihe mit einer ersten Parallelresonanzschaltung geschaltet, ist, die eine Re* sonanzfrequenz besitzt, die der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des ersten Lautsprechers gleich ist, und wobei der zweite Lautsprecher in Reihe mit einer zweiten Parallelresorianzschaltung geschaltet ist, die eine Resonanzfrequenz besitzt, die der niedersten Resonanzfrequenz des zweiten Lautsprechers gleich ist. Auf diese Weise wird der durch die Lautsprecher insgesamt erzeugte Schalldruck über dem gesamten Tonfrequenzband konstant gehalten. Folglich kann konstanter Schalldruck über dem gesamten Tonfrequenzband aufrechterhalten werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfühningsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tonwiedergabevorrichtung, F i g. 2 ein Schaltbild eines Tiefpaßfilters, F i g. 3 ein Schaltbild eines Hochpaßfilters,

Fig.4 ein Schaltbild der Ersatzschaltung eines gewöhnlichen Lautsprechers, und

F i g. 5 eir. Schaltbild mit einer Schaltungsanordnung, um die Impedanz des durch die E utzschsltung der Fig.4 angedeuteten Lautsprechers gleich einem kon stanten Wiederstandswert zu machen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tonwiedergabevorrichtung anhand der Fig 1 näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Tieftonlautsprecher 1 vorgesehen, von dem ein Eingangsanschluß an ein Ende einer ersten Parallelresonanzschaltung 101 angeschlossen ist, und von dem der andere Eingangsanschluß direkt mit einem Eingangsanschluß 24 verbunden ist. Weiterhin ist ein Hochtonlautsprecher 2 vorgesehen, von dem ein Eingangsanschluß an ein Ende einer zweiten Parallelresonanzschaltung 102 angeschlossen ist. und von dem der andere Eingangsanschluß direkt mit dem Eingangsanschluß 24 verbunden ist. Die Anschlüsse 23 und 24 dienen als Eingangsanschlüsse zur Aufnahme eines niederfrequenten Signals von einem Niederfrequenz-Leistungsverstärker (nicht gezeigt). Der Anschluß 23 ist verbunden einerseits mi' dem anderen Ende der ersten Parallelresonanzschaltung 101 über eine Spule 15, die zur Bildung eines Tiefpaßfilters diei.t. und andererseits mit dem anderen Ende der zweiten Parallelresonanzschaltung 102 über einen Kondensator 16. der zur Bildung eines Hochpaßfilters dient. Die erste Parallelresonanzschaltung 101 besteht aus einer Spule 3. einem Kondensator 7 und einem Widerstand 5, die parallelgeschaltet sind. Dagegen besteht die zweite Parallelresonanzschaltung 102 aus einer Spule 4. einem Kondensator 8 und einem Widerstand 6. die ebenfalls parallelgeschaltet sind. Die Resonanzfrequenz der ersten Parallelresonanzschaltung 101 ist gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1 eingestellt. undd^:.: Resonanzfrequenzderzweiten Parallelresonanzschaltung 102 ist gleich der niedersten Resonanzfrequenz des Lautspechers 2 eingestellt. F.ine cste Reihenresonanzschaltung 103. die aus einer Spule 9. einem Widerstand 11 und einem Kondensator 13 besteht, liegt zvischen dem Anschluß 24 und einem Verbindungspunkt zum Verbinden der Spule 15 mit der ersten Paraljelrespnanzschaltung 101. Weiterhin liegt eine zweite Reihenresonanzschaltung 104 aus einer Spule 10, einem Widerstand 12 und einem Kondensator 14 zwischen dem Anschluß 24 uiid einem Verbindungspunkt zum Verbinden des Kondensators 16 mit der zweiten Parälielresonanzschaltung 102. Die Resonanzfrequenz der ersten Reihenresonanzschaltung 103 ist

gleich derjenigen der ersten Parallelresonanzschaltung 101 eingestellt, und die Resonanzfrequenz der zweiten Rcihenresonanzschaltung 104 ist gleich derjenigen der zweiten Parallelresonanzschaltung 102 eingestellt;

In einem derartigen Schallungsaufbau ist die Spule 15 mit einer kombinierten Impedanz des Lautsprechers 1, der ersten Pafallelfesönanzschallung 101 unddercrsten Reihenresonanzschaltung 103 zusammengefaßt, zum Bilden eines Teifpaßfilters, das ein niederfrequentes Signal den den Anschlüssen 23 und 24 zugeführten NF^ lö £>der Tonfrequenzsignalen entnimmt, um das entnommene Signal an den Lautsprecher 1 abzugeben. Dagegen ist der Kondensator 15 mit einer kombinierten Impedanz des Lautsprechers 2, der zweiten Parallelresonanzschaltung 102 und der zweiten Reihenresonanz-Schaltung 104 zusammengefaßt, zum Bilden eines Hochpaßfilters, das ein hochfrequentes Signal den den Anschlüssen 23 und 24 zugeführten NF- oder Tonfrequenzsignalen entnimmt, um das entnommene Signal an

Üefi LüiiiSpfcCncf 2 ni/ZügcuGfi. c^iG οΓΟίιΖιΓ"ί]Ιϊ2ΓϊΖ «SS

Tiefpaßfilters einschließlich der Spule 15 ist gleich derjenigen des Hochpaßfilters einschließlich des Kondensators 16, und die obige Grenzfrequenz wird als die Überschneidungsfrequenz der Lautsprecher 1 und 2 verwendet.

Für die in F i g. 1 gezeigte Tortwiedergabevorrichtung sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion T, des Lautsprechers 1 für ein tieferes Frequenzband als die Überschneidungsfrequenz /*_π· ausgedrückt werden kann durch:

T₁

(l +JyY

(D

mit

Übertragungsfunktion zwischen einem Punkt im Schallstrahlungsfeld des Lautsprechers 1 und den Anschlüssen 23 und 24,
Verhältnis von ω zu <u,(oder ω/ω,), und
Überschneidungs-Winkelfrequenz.

Weiterhin sei angenommen, daß die Übertragungsfunktion T₁ des Lautsprechers 2 ausgedrückt werden kann durch:

T,

y
ω,

(2)

l+y²

(3)

Entsprechend hat der Absolutwert der Differenz zwischen den Übertragungsfunktionen den Wert 1, wie dies in der folgenden Gleichung gezeigt ist:

IT₁-TjI =

i+y²

= ι.

(4)

Wenn die Ubertragungsfunktionen der Lautsprecher 1 und 2 derartige Kennlinien besitzen, wie dies durch die Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist wird der durch die Lautsprecher 1 und 2 erzeugte Schalldruck über dem gesamten NF- oder Tonfrequenzband konstant gehalten, was sofort aus Gleichung (4) folgt. Dies berücksichtigend werden die Ausgangs-Schalldruck'-Kenriliriien der Lautsprecher 1 und 2 und die Kennlinien des Tiefpaß- und des Hochpaßfilters so zusammengefaßt, daß äquivalente Kennlinien der Lautsprecher 1 und 2 jeweils gleich den durch die Gleichungen (I) und (2) angezeigten Kennlinien werden. Als Ergebnis kann die foriwiedergabevörrichtung einen konstanten Schalldruck über dem NF- oder Tönfrequenzband aufrechterhalten.

Die durch die Gleichung (I) angegebene Übertragungsfunktion 7/ist gleich einem Quadrat von 17(1 +jy). Zum Beispiel kann ein Tiefpaßfilter, das einen in F i g. 2 gezeigten Schaltungsaufbau und eine Grenzkennlinie von 20 dB/Dekade besitzt, die Kennlinie 1/(1 +jy) aufweisen, wie dies weiter unten näher erläutert wird. In Fig.2 sind vorgesehen Eingangsanschlüsse 29 und 30, eine Spule 28 mit einer Impedanz jhL ein Widerstand 27 mit einem Widerstandswert Rn und Ausgangsan-Schlüsse 25 \iv.d 25. Wenn die induktivität L der -Spul? ?^R und der Widerstandswert R21 des Widerstandes 27 die Beziehung L=Zi₂^w, erfüllen, ist die Übertragungsfunktion T_n, zwischen den Eingangsanschlüssen 29 und 30 und den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 gegeben durch:

Die Differenz zwischen den Übertragungsfunktionen T₁ und Tj tee gegeben durch:

55

60 T_n, =

Yl

Λ ₂7+ ju)L l+jy

Went» eine Hochfrequenzband-Übertragungsfunktion 7A,des Lautsprechers 1 für ein Frequenzband unter der Überschneidungsfrequenz fd durch eine einzige Resonanzkurve ausgedrückt wenden kann, ist die Übertragungsfunktion 7),,gegeber,durch:

T_u =

(6)

mit

45 )_Λ, = Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung,

■_hi = Verhältnis ω/ωΛί, und

ι/,/ = Hochfrequenzband-Resonanz-Winkelfrequenz erster Ordnung.

Wenn eine Beziehung y*, < 1 erfüllt ist, ändert sich die Gleichung (6) wie folgt:

71, = -

50

Es soll nun ein äquivalenter Gütefaktor QhI der Resonanz bezüglich des Gütefaktors Qm der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung betrachtet werden. Wenn der Gütefaktor Qm in einer äquivalenten Weise auf einen äquivalenten Gütefaktor Qh/ kleiner als 1 verringert werden kann, ist die Hochfrequenzband-Übertragungsfunktion Tm durch die gleiche Kurve wie die durch die Formel 1/(1 +jy) gebildete Kurve bei und in der Nähe einer Frequenz ausdrückbar, die durch die Beziehung yh,= Qh' festgelegt ist Das hießt, die Hochfrequenzband-Übertragungsfunktion Tm ist ausdrückbar durch:

65

(8)

Mitteis der folgenden Gleichung (9) kann die Übertragungsfunktion T_hl durch die anschließende Gleichung (10) ausgedrückt werden:

Qit

ι +Jy

(9)

(io)

In diesem Fall ist ein bevorzugter Wert eiries äquivalenten Gütefaktors Q_h! kleiner alsl/J'bis-i/4

Wenn der Lautsprecher I mit der durch Gleichung (10) gegebenen Kennlinie mit dem Tiefpaßfilter mit der durch Gleichung (5) gegebenen Kennlinie zusammengefaßt wirdi ist die gesamte Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung (11) gegeben und weist die gleiche Kennlinie wie die durch Gleichung (1) gegebene Übertragungsfunktion T,au(:

Tn, ■ T_U

1
(1 +Jy)²'

20

(11)

Die durch

Wy

'34

*33

(12)

1 +

Jy

Wenn eine Niederfrequenzband-Übertragungsfunktion Tpj des Lautsprechers 2 für ein Frequenzband über der Überschneidungsfrequenz f„ durch eine einzige Resonanzkurve ausgedrückt werden kann, ist die Übertragungsfunktion Tq, gegeben durch:

1 1

(13)

Qoj = Gütefaktor der niedersten Resonanz,
y„j S= Verhältnis von ω zu w₀j(odcr ώ/ω₀^, und
tüoj — niederste Resonanz¹ Winkeifrequenz.

, Wenn eine Beziehung joj > I erfüllt Ist, ändert sich die Übertragungsfunktion Tp/wie folgt;

In ähnlicher Weise ist die durch Gleichung (2) gezeigte Übertragungsfunktion T₁ gleich dem Quadrat von

gegebene Kennlinie kann durch ein Hochpaßfilter erzeugt werden das den in F i g. 3 gezeigten Schaltungsaufbau aufweist und eine Grenzfrequenz von 20 dB/Dekade besitzt. In Fig.3 sind vorgesehen Eingangsanschlüsse 35 und 36, ein Kondensator 34 mit einer Impedanz 1//IdCh₁ ein Widerstand 33 mit einem Widerstandswert Rn und Ausgangsanschlüsse 31 und 32. Wenn die Kapazität C34 des Kondensators 34 und der Wiederstandswert Rn des Wiederstandes 33 die Beziehung Ta,

10

(14)

Es soll nun ein äquivalenter Gütefaktor Q_oj der Resonanz bezüglich des Gütefaktors CW der niedersten Resonanz betrachtet werden. Wenn der Gütefaktor Q_0J in einer äquivalenten Weise auf einen Gü' :faktor Q₀/ kleiner als 1 verringert werden kann, ist die Niederfrequenz-Übertragungsfunktion Toj bei und in der Nähe einer durch die Beziehung JOy=I/CV festgelegten Frequenz durch die gleiche Kurve wie die durch die

Formel

gebildete Kurve ausdrückbar. In diesem Fall kann die Niederfrequenz-Übertragungsfunktion T₀, ausgedrückt werden durch:

30

(15)

1 +

Mittels einer Beziehung y = <Xjy_0j wird die Überg y Xjy_0j
tragungsfunktion T_o] ausgedrückt durch:

(16)

jy

erfüllen, ist die Übertragungsfunktion 7i/ zwischen den Eingangsanschlüssen 35 und 36 und den Ausgangsanschlüssen31 und32 gegeben durch:

In diesem Fall ist ein bevorzugter Wert eines äquivalenten Gütefaktors Q₀/ kleiner als 1/3 oder 1/4.

Wenn der Lautsprecher 2 mit der durch Gleichung (16) bestimmten Kennlinie mit dem Hochpaßfilter zusammengefaßt wird, das die durch Gleichung (12) angegebene Kennlinie besitzt, ist die gesamte Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung (17) gegeben und hat die gleiche Kennlinie wie die durch Gleichung (2) beschriebene Übertragungsfunktion TJi

07)

Die Lautsprecher 1 und 2 werden also in einen derartigen Zustand gebracht, daß sie miteinander durch ein Netzwerk mit einer Grenzkennlinie von 40 dB/Dekade zusammengefaßt sind.
Indem ein Lautsprecher mit der durch Gleichung (11) gegebenen Kennlinie mit einem anderen Lautsprecher mit der durch Gleichung (17) gegebenen Kennlinie zusammengefaßt wird, kann, wie oben erläutert wurde, eine Tonwiedergabevorrichtung geschaffen werden, die einen konstanten Schalldruck über dem NF- oder Tonfrequenzband beibehälL Das heißt, eine derartige Tonwiedergabevorrichtung wird auf die folgende Weise erhalten. Der Lautsprecher 1 zum Wiedergeben eines Signals innerhalb eines Niederfrequenzbandes wird so

230263/433

(18)

mit
Ro

hergestellt, daß er bei seiner Hochfrequenzband-Resonarizfreqüenz erster Ordnung die gleiche Resonanzkurve wie den Resonanz-Spitzenwert einer einzigen Resonanzschaltung aufweist, und er wird mit einer Einrichtung zum Steuern des Gütefaktors des Hochfreqüenzbandes ausgestattet. Weiterhin wird der Lautsprecher 2 zum Wiedergeben eines Signals innerhalb eines Hochfrequenzbandes so hergestellt, daß er bei seiner niedersten Resonanzfrequenz die gleiche Resonanzkurve wie den Resonanz-Spitzenwert einer einzigen Resonanzschaltung aufweist, und er wird mit einer Einrichtung zum Steuern des Gütefaktors der niedersten Resonanz versehen.

Die Resonanzkurve für jeden Lautsprecher 1 und 2 kann sich der Resonanzkurve einer einzigen Resonanzschaltung in einem Fall nähern, wenn die Membran jedes Lautsprechers die Form eines flachen, geraden Kegels besitzt, der sich gerade von einem Teil zum Verbinden des Kegels mit der Wicklung einer Tonspule iu eii'icii'i müüici-TrSgsrlcii Erstreckt.

Wenn diese einzelnen, dem Lautsprecher 1 zugeführten Signale, die die gleiche Frequenz wie die Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1 besitzen, in der Amplitude verringert sind, wird die Ausgangs-Schalldruck-Kennlitiie des Lautsprechers 1 flach, ohne einen Spitzenwert bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung zu erzeugen. Dieser Zustand ist gleichwertig einem Zustand, daß der Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung klein gemacht ist.

Im folgenden wird in Einzelheiten das oben erläuterte Verfahren näher beschrieben. In F i g. 1 wird die erste Parallelresonanzschaltung 101 aus der Spule 3, dem Widerstand 5 und dem Kondensator 7 dazu verwendet, um elektrisch die Amplitude eines Eingangssignals des Lautsprechers 1 bei und in der Nähe Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung zu verringern. Diese Bauteile 3, 5 und 7 sind parallel zueinander geschaltet und in Reihe mit dem Lautsprecher 1 verbunden. Der Widerstandswert /?₅ des Widerstandes 5 ist festgelegt durch:

Widerstandswert des Lautsprechers 1, wenn eine von einer Grenze 17 betrachtete Impedanz des Lautsprechers 1 lediglich durch den R_n = Widerstand gebildet ist, Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Lautsprechers 1, q _ Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung des Lautsprechers 1, und Überschneidungsfrequenz der Lautsprecher 1 und 2.

Da die Impedanz der ersten Parallelresonanzschaltung 101 bei deren Resonanzfrequenz hoch ist, werden diejenigen der dem Lautsprecher zugeführten Signale, die die gleiche Frequenz wie die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 101 besitzen, durch die Resonanzschallung 101 gedämpft und daher in der Amplitude verringert. Wenn entsprechend die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 101 gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des Laülsprechers 1 ist, wird die Ausgangs-Schalldruck-Kennlinie des Lautsprechers 1 selbst bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung flach. Das heißt, es entsteht die gleiche Wirkung, wie wenn der Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung verringen wird. Der Dämpfungsfaktorder Resonanzschaltung 101 kann eingestellt werden, indem der Widerstandswert des Widerstandes 5 verändert wird. Entsprechend kann der Gütefaktor der Hochfrequenzband-Resonanz erster Ordnung des Lautsprechers 1 frei in einer 2·% "!cichsverti^en Weise gest?».'?!¹· werden, und damit kann die Übertragungsfunktion der zusammengesetzten Schaltung der Resonanzschaltung 101 und dem Lautsprecher 1 gleich der Übertragungsfunktion T_h, gemacht werden, die durch Gleichung (10) gegeben ist. Die Impedanz der Schaltung auf der rechten Seite einer Grenze 19 in Fig. 1 umfaßt andere Bauteile als einen Widerstand bei verschiedenen Frequenzen mit Ausnahme einer bestimmten Frequenz, was auf dem Vorliegen der ersten Parallelresonanzschaltung 101 beruht. Demgemäß sind die Spule 15 und der Lautsprecher 1, die ein Tiefpaßfilter bilden, nicht in günstiger Weise verbunden. Wenn die erste Reihenresonanzschaltung 103 aus der Spule 9, dem Widerstand 11 und dem Kondensator 13 die gleiche Resonanzfrequenz wie die erste Parallelresonanzschaltung 101 hat. kann die Impedanz der Resonanzschaltung 103 diejenige der Resonanzschaltung 101 löschen, und daher kann die Impedanz einer Schaltung auf der rechten Seite einer Grenze 21 lediglich den Widerstand R₀ enthalten. Hierzu wird die Induktivität In der Spule 9 festgelegt durch:

τ _ ," p2 n\\

Uq — O₇A₀ . v'H

Weiterhin sind der Widerstandswert R_n des Widerstandes 11 und die Kapazität C_!3 des Kondensators 13 gegeben durch:

R\

(22)

(23)

Sodann ist
geben durch:

Weiterhin ist die Induktivität L₃ der Spule 3 gegeben durch:

die Induktivität L₁₅ der Spule 15 ge-

(24)

2 nf_ci

60

2 π

(19)

Auf ähnliche Weise ist die Kapazität C₇ des Kondensators 7 gegeben durch:

C₇ =

Mhi

2 π j'μ Rs

(20) Da die Spule 15 mit der Impedanz der Schaltung zusammengefaßt ist die lediglich einen Widerstand durch die Wirkung der ersten Reihenresonanzschaltung 103 aufweist, können die Spule 15 und die Impedanz (oder der Widerstand) der Schaltung zusammen ein Tiefpaßfilter bilden, das den gleichen Schaltungsaufbau wie gemäß F i g. 2 und eine Übertragungsfunktion gleich der Übertragungsfunktion T_n,- besitzt, die durch Glei-

chuiig (j·) gegeben ist. Entsprechend hat die zusammengefaßte Schaltung aus dem obigen Tiefpaßfilter, der Resonanzschaltung 101 und dem Lautsprecher 1 eine Übertragungsfunktion gleich der durch Gleichung (!) gegebenen Übertragungsfunktion 7i

Wenn in ähnlicher Weise der Lautsprechef 2 so hergestellt wird, daß die Kennlinien-Kurve der niedersten Resonanz des Lautsprechers 2 gleich der Resonanzkurve einer einzigen Resonanzschaltung wird, kann der Gütefaktor der niedersten Resonanz des Lautsprechers 2 einen gewünschten Wert in einer äquivalenten Weise annehmen indem elektrisch die Amplitude des dem Lautsprecher 2 zugeführten Signals bei der niedersten Resonanzfrequenz und in deren Nähe verringert wird. In Fig. 1 wird die aus der Spule 4, dem Widerstand 6 und dem Kondensator 8 bestehende zweite Parallelresonanzschaltung 102 dazu verwendet, elektrisch die Amplitude des Eingangssignals des Lautsprechers 2 bei der niedersten Resonanzfrequenz und in deren Nähe zu verringern. Die Resonanzschaltung 102 liegt in Reihe zum Lautsprecher 2. Der Widerstands·* irt Zf₆ des Wiederstandes 6 ist gegeben durch:

R₆

Ro =

(25)

Widerstandswert des Lautsprechers 2, wenn die von einer Grenze 18 betrachtete Impedanz des Lautsprechers 2 lediglich durch den Widerstand gebildet wird,
niederste Resonanzfrequenz des Lautsprechers 2 (oder des Hochtonlautsprechers), und Gütefaktor der niedersten Resonanz des Hochtonlautsprechers.

Vorzugsweise ist das Verhältnis f_c/f_Oj größer als 4.
Weiterhin sind die Induktivität U der Spule 4 und die Kapazität Csdes Kondensators 8 gegeben durch:

C₈ =

Q₀₁

(26)

(27)

*: Durch Verwenden derartiger Bauteile 4, fi und 8 kann die zusammengefaßte Schaltung aus der Resonanzschaltung 102 und dem Lautsprecher 2 eine Übertragungsfunktion To, aufweisen.

Damit weiterhin die Impedanz άζτ Schaltung auf der rechten Seite einer Grenze 22 lediglich den Widerstand J?_o-enthält, ist die zweite Reihenresonanzschaltung 104 mit einem Verbindungspunkt zum Verbinden des Kondensators 16 mit der Resonanzschaltung 102 in der gleichen Weise wie der Lautsprecher 1 verbunden.

Im folgenden wird die Kapazität Q₆ des Kondensators 16 entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt:

tung 104 aufweist, können der Kondensator 16 und die Impedanz (oder der Widerstand) der Schaltung (zusammen) ein Hochpaßfilter bilden, das den gleichen Schaltungsaufbau wie gemäß Fig 3 und eine Übertragungsfiinution gleich der durch Gleichung (12) gegebenen Übertragungsfunktion Tb₁ besitzt. Entsprechend hat die zusammengefaßte Schaltung dieses Hocjipäßfilters, der Resonanzschaltung 102 und des Lautsprechers 2 eine Übertragungsfunktion gleich der durch Gleichung

ιό (2) gegebenen Übertragungsfunktion Tj.

Um die in Gleichung (3) angegebene Beziehung zu erhalten, sind die Lautsprecher 1 und 2 so verbunden, daß sie entgegengesetzte Polarität zueinander besitzen, wenn die Phasenverschiebung aufgrund einer zugeord-

Ϊ5 rieten Schaltung vernachlässigt wird. Damit kann die in Fig. 1 gezeigte Tonwiedergabevorrichtung einen konstanten Schalldruck über dem gesamten NF- oder Tonfrequenzband beibehalten. Außerdem kann der Lautsprecher 1 zum Wiedergeben von Signalen innerhalb eines Niederfrsquenzbandes selbst bei der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung verwendet werden, und der Lautsprecher 2 zum Wiedergeben von Signalen innerhalb eines Hochfrequenzbandes kann selbst bei der niedersten Resonanz-

frequenz verwendet werden. Das heißt, jeder Lautsprecher kann in einem weiten Frequenzbereich verwendet werden, und daher können die Lautsprecher 1 und 2 einfach bei einer gewünschten Überschneidungsfrequenz zusammengefaßt werden.

Weiter oben wurde ein Fall erläutert, in dem die Impedanz des Lautsprechers 1 von der Grenze 17 aus in F i g. 1 und die Impedanz des Lautsprechers 2 von der Grenze 18 aus lediglich den (reinen) Widerstand R₀ enthält. Jedoch gibt es zahlreiche Fälle, in denen die obige Resonanz eine Reaktanz oder einen Blindwiderstand aufweist.

in derartigen Fällen ist es erforderlich, eine Einrichtung vorzusehen, damit die Impedanz des Lautsprechers 1 von der Grenze 17 aus gesehen lediglich durch (reinen) Widerstand gebildet ist. Fig.4 zeigt ein Ersatzschaltbild des Lautsprechers 1, das aufweist einen Widerstand 41 mit einem Widerstandswert Ro, einen Widerstand 38 mit einem Widerstandswert Rig, eine Spule 40 mit einer Induktivität Lto, eine Spule 37 mit einer Induktivität Lv und einen Kondensator 39 mit einer Kapazität C39. Wenn der Lautsprecher 1 in Reihe mit einer in Fig.5 gezeigten Schaltung geschaltet ist, die Widerstände 43 und 46. Kondensatoren 44 und 45 und eine Spule 42 aufweist.

kann die Impedanz des Lautsprechers 1 so betrachtet werden, als ob sie lediglich den Widerstand R₀ besitzt. In diesem Fall sind die Induktivität Lv der Spule 42, der Widerstandswert R43 des Widerstandes 43, die Kapazität Ck des Kondensators 44, der Widerstandswert A₄₆ des Widerstandes 46 und die Kapazität Gs des Kondensators 45 gegeben durch:

2 π

(28)

Da der Kondensator 16 mit der impedanz der Schaltung kombiniert ;st.. <I;e lediglich einen Widerstand durch die Wirkung der zweiien Reihgaresonanzschal-R.

43

irr.

(29)

(30)

(31)

Rib ~ Roi

Γ — ^*0

^C45--rT-

(32) (33)

Indem die Gleichungen (24) und (28) für L₁₅ bzw. C₁₆ in Gleichung (34) eingesetzt werden, ergibt sich die folgende Gleichung:

Z = R₀

(35)

In ähnlicher Weise ist der Lautsprecher in Reihe mit der in F i g. 5 gezeigten Schaltung vorgesehen.

Wenn zwei Schaltungen, wie z. B. die in F i g. 5 gezeigte Schaltung, der in F i g. 1 dargestellten Schaltung beigefügt werden, ist die Impedanz Zder Schaltung von den Anschlüssen 23 und 24 aus in Fig. 1 gegeben durch:

Z =

(34)

R₀I-J(OL₁₅

R₀

j ω C₁₆

Das heißt, die Impedanz der in Fig. 1 dargestellten Schaltung kann so betrachtet werden, als ob sie über dem verfügbaren Frequenzband lediglich den (reinen) Widerstandswert /^besitzt.

In einem Lautsprechersystem mit drei oder mehr Wegen kann ein Lautsprecher für ein Frequenzband unter einer Uberschneidungsfrequenz in der gieichen Weise wie ein Hochfrequenzbereich des Tieftonlautsprechers des oben erläuterten Zwei-Weg-Systems behandelt werden, und ein anderer Lautsprecher für ein Frequenzband über dieser Uberschneidungsfrequenz kann in der gleichen Weise wie ein Niederfrequenzbereich des Hochtonlautsprechers behandelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Tonwiedergabevorrichtung,
bei der ein Audio- oder Tonfrequenzband in mehrere Frequenzbänder mittels Tiefpaß- und Hocfipaßfiltera unterteilt ist, deren jedes eine Grenzfrequenz gleich einer Überschneidungsfrequenz besitzt,

bei der ein Signal innerhalb des Frequenzbandes unter der Überschneidungsfrequenz einem ersten Lautsprecher zugeführt und von diesem wiedergegeben wird und

bei der ein Signal innerhalb des Frequenzbandes über der Überschneidungsfrequenz einem zweiten Lautsprecher zugeführt und von diesem wiedergegeben wird,

dadurch gekennzeichnet,
daß das Tiefpaßfilter (27, 28) eine Grenzcharakteristik von 20 dB/Dekade besitzt,

daß der erste Lautsprecher (1) mit einem eisten Parallelism anzkreis (101) mit einer Resonanzfrequenz gleich der Hochfrequenzband-Resonanzfrequenz erster Ordnung des ersten Lautsprechers (1) in Reihe geschaltet ist,

daß das Hochpaßfilter (33, 34) eine Grenzcharakteristik von 20 dB/Dekade besiizt,
daß der zweite Lautsprecher 17) mit einer zweiten Parallelresonanzschaltung (102) mit einer Resonanzfrequenz gleich der niedrigsten Resonanzfrequenz des zweiten Lautsprechers (2) in Reihe geschaltet ist, daß der Gütefaktor fCWder Hochfrequenzband-Resonanz erste· Ordnung des ersten Lautsprechers (1) äquivalent durch die erste Parallelresonanzschaltung (101) auf einen durch die folgende Gleichung (1) gegebenen äquivalenten Gütefaktor (Q't,,) verringert ist und

daß der Gütefaktor (Q_OJ) der niedrigsten Resonanz des zweiten Lautsprechers (2) äquivalent durch die zweite Parallelresonanzschaltung (102) auf einen durch die folgende Gleichung (2) gegebenen -to fiquivalenten Gütefaktor (Q',,,) verringert ist: