[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher mit Membrangegenkopplung über
einen induktiven Sensor, mit dem ein aus Bewegung der Membran abgeleitetes elektrisches
Signal für die Gegenkopplung erzeugbar ist.
[0002] Aus der GB-A-231 972 ist bereits eine Membrangegenkopplung für Lautsprecher bekannt,
bei der die in der Schwingspule des dynamischen Lautsprechers während der Bewegung
induzierte Gegen-EMK ermittelt und auf das Gitter einer Verstärkerröhre für den Lautsprecher
gegengekoppelt wird.
[0003] Bekannt ist auch eine kapazitive Membrangegenkopplung, bei der die Membran metallisiert
ist. Dabei befindet sich in geringem Abstand vor der Membran ein möglichst schalldurchlässiges
Metallgitter, das mit der metallisierten Membran einen Kondensator bildet, dessen
Kapazität durch die Schwingungen der Membran verändert wird (Funkschau 1975, Heft
22, Seite 773 bis 776). Das Metallgitter ist aufwendig zu montieren und störend. Wegen
der geringen Kapazität des Kondensators sind geringe Abstände zwischen Membran und
Metallgitter und/oder hohe Spannungen zwischen beiden Bauteilen notwendig. Bei hohen
Spannungen müssen besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, während durch
zu geringe Abstände Berührungen zwischen den Bauteilen und damit Kurzschlüsse hervorgerufen
werden können.
[0004] Bei einem aus der DE-A-84 23 528 bekannten Lautsprecher mit Membrangegenkopplung
ist auf der Lautsprechermembran zumindest ein Mikrofon befestigt, das sich mit der
Membran bewegt. Mit dem Mikrofon soll eine Gegenkopplungsspannung erzeugt werden,
die von der Laufzeit des von der Membran erzeugten Schalls nicht mehr störend beeinfluß
wird. Durch das Mikrofon wird die Masse der Membran erhöht. Außerdem sind Anschlußleitungen
zwischen dem Mikrofon und der ortsfest gegenüber der Membran angeordneten Verstärkerschaltung
vorzusehen.
[0005] Aus der DE-C-32 37 262 ist ein Lautsprecher mit Membrangegenkopplung bekannt, bei
dem ein Hall-Element mit der Membran verbunden ist. Das Hall-Element kann dabei z.B.
an der Membran angeklebt sein. Um ein dem Verschiebeweg der Membran proportionales
Ausgangssignal zu erhalten, ist das Hall-Element auf einem mit der Membran verbundenen
Träger angeordnet. Dem Hall-Element steht ein ortsfester Magnet gegenüber. Das Hall-Element
ist über vier Anschlußdrähte mit der Stromversorgung und der Verstärkerschaltung für
den Lautsprecher verbunden.
[0006] Bekannt ist ferner ein Lautsprecher mit einem induktiven Sensor, der als feststehende
Spule oder als anderes, feststehendes magnetfeldempfindliches Bauelement ausgebildet
ist. Die Spule oder das andere magnetfeldempfindliche Bauelement sind im Bereich des
magnetischen Streufelds der Schwingspule montiert. Bei Mittel- und Hochtonlautsprechern
befindet sich die Spule vor der Kalotte der Membran. Bei Tieftonlautsprechern werden
zwei Spulen in Reihe geschaltet, von denen die eine vor der Kalotte der Membran angebracht
ist, während die andere auf der Rückseite des Lautsprechers auf dem Magneten befestigt
ist. Wenn der Magnetkern des Lautsprechers eine Bohrung aufweist, ist die Spule in
der Bohrung angebracht. Die Spule muß eine möglichst große Induktivität haben, damit
die Grenzfre quenz des Gegenkopplungskreises niedrig wird. Eine große Induktivität
läßt sich bei einer Spule mit zahlreichen Windungen erreichen. Damit ergeben sich
größere Abmessungen. Die Spule muß bei Lautsprechern ohne hohlen Magneten vor der
Kalotte symmetrisch zur Mittelachse der Schwingspule ortsfest angebracht werden. Hierfür
ist ein beträchtlicher Aufwand notwendig (DE-A-34 45 572).
[0007] Aus der US-A-28 60 183 sind ebenfalls Lautsprecheranordnungen mit Einrichtungen zur
Erzeugung je einer der Membranbewegung entsprechenden Gegenkopplungsspannung bekannt.
Eine dieser Lautsprecheranordnungen enthält einen feststehenden, mit einer Spule bewickelten
U-förmigen Magneten, vor dessen Schenkeln eine metallische Lautsprechermembran angeordnet
ist. In der Mitte zwischen den Schenkeln des Magneten befindet sich ein weiterer stabförmiger
Magnet mit einer Spule, in der bei Bewegung der Membran eine Spannung induziert wird,
die auf einen der Lautsprecherspule vorgeschalteten Verstärker zurückgekoppelt wird.
[0008] Schließlich ist es bekannt, die Schwingspule eines elektrodynamischen Lautsprechers
in einem Zweig einer Brückenschaltung anzuordnen, an deren Brückendiagonale ein der
Geschwindigkeit der Schwingspule proportionales Signal abgegriffen wird. Bei Geschwindigkeitsgegenkopplung
wird das Signal der Brückendiagonale direkt zur Gegenkopplung des Verstärkers des
Lautsprechers benutzt. Bei Bewegungsgegenkopplung oder Beschleunigungsgegenkopplung
wird das Signal der Brückendiagonale zunächst integriert oder differenziert, bevor
es dem Verstärker zugeführt wird ("radio fernsehen elektronik" 30 (1981), Heft 1,
S. 45-48).
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lautsprecher mit Membrangegenkopplung
der eingangs gennanten Art zu schaffen, bei dem das aus der Bewegung der Membran
gewonnene Signal ohne unerwünscht hohe Spannungen, ohne Anschlußleitungen zur Membran
und ohne die Gefahr von Kurzschlüssen bei einer etwaigen Berührung von Membran und
Sensor mit hoher Linearität in Abhängigkeit von der Bewegungsamplitude der Membran
erzeugt wird.
[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor ein gegenüber der
Membran ortsfester, durch die zumindest teilweise metallische, metallisierte oder
mit einem Metallplättchen versehene Membran bedämpfbarer Hochfrequenzoszillator ist,
dessen für die Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Hochfrequenzpegels notwendiger
Strom zur Erzeugung des elektrischen Signals gemessen wird. Bei einem derartigen Lautsprecher
läßt sich de ortsfesten Hochfrequenzoszillator ein bewegungsabhängiges Signals entnehmen,
wobei die Membran durch den Sensor in ihrer Masse praktisch nicht verändert wird.
Es sind auch keine aufwendigen Maßnahmen zur Verbindung von mit der Membran beweglichen
elektrischen Bauteilen mit ortsfesten Schaltungsteilen notwendig. Da das Signal sich
durch die Bewegung der Membran auch bei niedrigen Pegeln hinreichend stark ändert,
werden keine hohen Spannungen benötigt. Es erübrigen sich daher die bei höheren Spannungen
notwendigen Aufwendungen für starke Isolierung und große Luft- bzw. Kriechstrecken
zwischen spannungsführenden Teilen.
[0011] Vorzugsweise enthält der Sensor einen Schwingkreis mit einer Spule, deren Spulenfeld
durch Annäherung der zumindest teilweise metallischen, metallisierten oder mit einem
Metallplättchen versehenen Membran veränderbar ist. Das metallische Teil, durch dessen
Position gegenüber dem Sensor das Spulenfeld mehr oder weniger stark beeinflußt wird,
muß bei dieser Anordnung nicht aus ferromagnetischem Material bestehen.
[0012] In Weiterbildung des Erfindungsgedankens enthält der Sensor einen Hochfrequenzoszillatorteil
als Regelstrecke für einen eine gleichbleibende Hochfrequenzschwingung bei unterschiedlichen
Abständen zwischen der Spule und der Membran aufrechterhaltenden Regler, wobei die
Stromaufnahme des Sensors für die Erzeugung des elektrisches Signals gemessen wird.
Bei dieser Ausbildung wird die Schwingung des Hochfrequenzoszillatorteils geregelt.
Bei steigender Bedämpfung des Schwingkreises wird mit geringer werdendem Abstand
zwischen Spule und metallischem Teil die Oszillatorschwingung durch eine größere Verstärkung
mit Hilfe des Reglers aufrechterhalten. Die größe Verstärkung führt zu einem höheren
Stromverbrauch, der für die Erzeugung des Gegenkopplungssignals gemessen wird.
[0013] Vorzugsweise schwingt der Hochfrequenzoszillatorteil mit einem elektrischen Wechselfeld
im Bereich von etwa 1,5 MHz. Bei höheren Frequenzen kann der Oszillatorteil kleinere
Abmessungen aufweisen. Der Raumbedarf für die Anbringung des Hochfrequenzoszillatorteils
im Lautsprecher ist daher gering.
[0014] Zweckmäßigerweise sind der Regler und wenigstens teilweise der Hochfrequenzoszillatorteil
als eine integrierte Schaltung ausgebildet. Aufgrund der Verbindung dieser Bauteile
in einer integrierten Schaltung wird eine Anordnung mit geringem Volumen erhalten,
die sich auf einfache Weise im Lautsprecher montieren läßt.
[0015] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Spule einen Kern auf,
dessen Enden einen offenen magnetischen Weg begrenzen, in dem die zumindest teilweise
metallische, metallisierte oder mit dem Metallplättchen versehene Membran angeordnet
und den Enden des Kerns zugewandt ist. Durch eine entsprechende Formgebung der offenen
Enden des Kerns ist es möglich, die Empfindlichkeit des Sensors festzulegen.
[0016] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der vom Sensor aufgenommene
Strom durch einen Widerstand meßbar, dessen Spannungsabfall an den Eingang eines Verstärkers
gelegt ist, der über ein Differenzierglied und/oder ein Integrierglied und/oder ein
Proportionalglied die Gegenkopplungsspannung einem den Lautsprecher speisenden Verstärker
zuführt.
[0017] Vorzugsweise liegt die Stärke des Metallplättchens oder der Metallschicht auf der
Membran oder der metallisierten Membran zwischen 1 µm und 100 µm. Der Abstand zwischen
der Membran in ihrer Ruhelage und den Enden der Spule beträgt zweckmäßigerweise 1
bis 5 mm. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Membran aus Titan herzustellen.
[0018] In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird bei einem Passivlautsprecher, bei
dem in einem Gehäuse mehrere Lautsprecher angeordnet sind, das für die Gegenkopplung
bestimmte elektrische Signal dem außerhalb des Gehäuses angeordneten Endverstärker
für die Schwingspule zugeführt oder in einen dem Endverstärker vorgeschalteten Stromkreis
eingespeist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Endverstärker von einem Vorverstärker
gespeist wird, dem das elektrische Signal für die Gegenkopplung zugeführt wird.
[0019] Vorzugsweise wird das elektrische Signal über einen Regler dem Vor- oder Endverstärker
zugeführt. Der Regler ist zweckmäßigerweise als Adapter ausgebildet, der in entsprechend
angepaßte Elemente des den Vorverstärker, Endverstärker und den Lautsprecher enthaltenden
Kreises einsetzbar ist.
[0020] Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem Lautsprechergehäuse mehrere Lautsprecher
vorgesehen, die Sensoren für Gegenkopplungssignale aufweisen. Die Ausgänge der Sensoren
sind über eine Summierschaltung mit dem Eingang des Reglers verbunden. Die Sensoren
können bei Mittel- und Tieftonlautsprechern Hall-Sensoren sein, während bei den Hochtonlautsprechern
induktive Sensoren verwendet werden.
[0021] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind:
[0022] Es zeigen:
Fig. 1 in teilweise geschnittener, stark vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht
eines Mittelton-Lautsprechers mit einem induktiven Sensor,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des induktiven Sensors,
Fig. 3 ein Schaltbild des Gegenkopplungskreises eines mit einem induktiven Sensor
versehen Lautsprechers,
Fig. 4 in schematischer Darstellung Einzelheiten des induktiven Sensors,
Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Seitenansicht eines Hochton-Lautsprechers mit einem
induktiven Sensor,
Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Seitenansicht eines Tiefton-Lautsprechers mit einem
an einer anderen Stelle angebrachten induktiven Sensor,
Fig. 7 ein Schaltbild eines Hochfrequenzoszillators mit einem Regler und
Fig. 8 ein Schaltbild einer Anordnung mit mehreren in dem Gehäuse eines Passivlautsprechers
angeordneten Lautsprechern.
[0023] In Fig. 1 ist ein Mittelton-Lautsprecher 1 mit einem konischen Lautsprecherkorb 2
und einer an diesem aufgehängten Membran 3 dargestellt. Der Lautsprecher 1 enthält
einen Topfmagneten 4 mit einem darin konzentrisch angeordneten Magnetkern 5, der durch
einen Ringspalt 6 von der Innenwand des Topfmagneten 4 getrennt ist. In dem Ringspalt
6 erstreckt sich ein magnetisches Feld zwischen dem Magnetkern 5 und dem Topfmagneten
4 vorwiegend in radialer Richtung. Die Membran 3, die durch eine nachgiebige Randeinspannung
7 mit dem Lautsprecherkorb 2 verbunden ist, kann sich in axialer Richtung des Lautsprechers
1 leicht bewegen. Die Membran 3 weist eine, der Stirnseite 9 des Magnetkerns 5 gegenüberliegende
Kalotte 8 auf.
[0024] Auf der Stirnseite 9 des Magnetkerns 5 ist ein induktiver Sensor 10 befestigt. Dies
kann z.B. durch Kleben erfolgen. Der Sensor 10 ist als Hochfrequenzoszillator ausgebildet
und gegenüber der Membran 3 ortsfest angeordnet. Auf der dem Sensor 10 axial gegenüberliegenden
Stelle der Kalotte 8 der Membran 3 ist ein dünnes Metallplättchen 11 befestigt. Es
ist auch möglich, daß zumindest an dieser Stelle die Membran 3 mit einer aufgebrachten
Metallschicht versehen ist. Die Membran 3 kann im übrigen zumindest an der dem Sensor
10 gegenüberliegende Stelle aus Metall bestehen. Die Stärke des Metallplättchens 11,
der Metallschicht oder die Stärke der metallisierten Membran liegt vorzugsweise zwischen
1 µm und 100 µm.
[0025] Durch das Metallplättchen 11 bzw. die Metallschicht oder metallische Membran 3 wird
der Sensor 10 je nach der Größe des Abstands mehr oder weniger stark bedämpft. Es
wird jedoch eine gleichbleibende Hochfrequenzschwingung aufrechterhalten. Hierfür
muß je nach dem Grad der Bedämpfung mehr oder weniger Energie in den Sensor 10 eingespeist
werden. Der Strom für die Aufrechterhaltung der gleichbleibenden Hochfrequenzschwingung
wird zur Erzeugung des für die Gegenkopplung notwendigen Signals gemessen. Durch die
Schwingung der Membran 3 treten Abstandsänderungen zwischen dem Sensor 10 und dem
Metallplättchen 11 bzw. den diesem entsprechenden Metallteilen auf. Diese Abstandsänderungen
rufen über den unterschiedlichen Grad der Bedämpfung entsprechende Ströme zur Aufrechterhaltung
der gleichbleibenden Hochfrequenzschwingung hervor.
[0026] Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist der induktive Sensor 10 im wesentlichen aus einem
Hochfrequenzoszillatorteil 12 und einem Regler 13 aufgebaut. Der Hochfrequenzoszillatorteil
12 führt hochfrequente Schwingungen aus, deren Frequenz vorzugsweise etwa 1,5 MHz
beträgt. Es sind aber auch tiefere Frequenzen möglich. Die ungeregelte Schwingungsamplitude
ist ein Maß für den Abstand des Sensors 10 zum Metallplättchen 11 bzw. den an dessen
Stelle angeordneten Metallteilen. Der Hochfrequenzoszillatorteil 12 ist mit dem Regler
13 derart verbunden, daß der Regler 13 die Schwingungsamplitude feststellt und durch
Änderung der Verstärkung der Oszillatorspannung diese auf einem gleichbleibenden
Wert hält. Die verstärkende Eigenschaft des Reglers 13 ist in Fig. 2 durch ein Dreieck
dargestellt. Der Oszillatorteil 12 und der Regler 13 sind in Reihe über einen Widerstand
14 an eine Spannungsquelle 15 gelegt.
[0027] Die dem Abstand zwischen Sensor 10 und Metallplättchen 11 proportionale Verstärkung
des Reglers 13 wirkt sich in einem entsprechenden Strom aus, der am Widerstand 14
einen Spannungsabfall erzeugt, der entweder unmittelbar oder mittelbar das elektrische
Signal für die Gegenkopplungsspannung ist.
[0028] Die Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit dem Widerstand 14, der Spannungsquelle
15 und einem Verstärker 16 für den Lautsprecher 1. Der Widerstand 14 ist in Reihe
mit der Spannungsquelle 15 an die Zuleitungen 17, 18 des Sensors 10 gelegt. Parallel
zum Widerstand 14 ist der Eingang eines Verstärkers 19 geschaltet, der ausgangsseitig
über ein Differenzierglied 20, ein Integrierglied 21 und ein Proportionalglied 22
einen weiteren, nicht näher bezeichneten Verstärker speist, dessen Ausgang über einen
einstellbaren Widerstand 23 auf den einen Eingang des Verstärkers 16 rückgekoppelt
ist. Das Differenzierglied 20, das Integrierglied 21 und das Proportionalglied 22
sind zur Einstellung eines Differenzier-, Integrier- oder Proportionalverhaltens der
Membran 3 bestimmt. Die Glieder 20 bis 22 können je nach Bedarf vorgesehen werden
und unter Umständen auch im Rückkopplungszweig des Verstärkers 19 eingefügt sein.
Der Verstärker 16 speist ausgangsseitig die Anschlüsse 24, 25 einer nicht näher bezeichneten,
mit der Membran 3 verbundenen Schwingspule.
[0029] Der in Fig. 4 schematisch dargestellte induktive Sensor 10 besteht aus dem Hochfrequenzoszillatorteil
12 und einem nicht näher bezeichneten Schwingkreis, der eine Spule 26 aufweist, die
mit einem Kern 27 ausgestattet ist. Der Kern 27 ist Teil eines magnetischen Kreises,
der eine an den Enden 28, 29 des U-förmigen Kern 27 beginnende Luftstrecke umfaßt.
In dieser Luftstrecke bewegt sich das Metallplättchen 11 und bedämpft dabei je nach
dem Abstand zu den Enden 28, 29 das Wechselfeld des Schwingkreises mehr oder weniger
stark. Der Kern 27 nebst Spule 26 sind vorzugsweise im Gehäuse des Sensors 10 angeordnet,
wobei die Enden 28, 29 in Höhe einer Seite liegen, die dem Metallplättchen 11 zugewandt
ist. Durch die Form der beiden Enden 28, 29 ist es möglich, den Verlauf der am Widerstand
14 abfallenden Spannung in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den Enden 28, 29 und
dem Metallplättchen 11 eine gewünschte Form zu geben. Der Abstand zwischen den Enden
28, 29 und dem Metallplättchen 11 beträgt in der Ruhelage der Membran 3 etwa 1 mm
bis 5 mm.
[0030] Die Fig. 5 zeigt einen Hochton-Lautsprecher 30, bei dem der Sensor 10 in der Mitte
der Stirnseite 9 des Magnetkern 5 befestigt ist. Das Metallplättchen 11 befindet sich
in der Mitte der die Stirnseite überspannenden Kalotte 8 der Membran 3, wie dies ähnlich
in bezug auf den in Fig. 1 gezeigten Mittelton-Lautsprecher beschrieben worden ist.
[0031] In der Fig. 6 ist ein Tiefton-Lautsprecher 31 dargestellt. Das Metallplättchen 11
befindet sich bei diesem Lautsprecher 31 im Bereich der konischen Wand der Membran
3. Auf dem Laufsprecherkorb 2 ist der Sensor 10 mittels eines Trägers 32 so befestigt,
daß sich der Sensor 10 und das Metallplättchen 11 im Abstand von etwa 1 bis 5 mm gegenüberstehen.
[0032] Der in Fig. 7 gezeigte Hochfrequenzoszillatorteil 12 des Sensors 10 enthält einen
in Emitterschaltung betriebenen Transistor 33, in dessen Kollektorkreis ein Parallelschwingkreis
aus der Spule 26 und einer Kapazität 34 angeordnet ist. Im Emitterkreis des Transistors
33 befindet sich ein Emitterwiderstand 35. Im Basiskreis ist eine Rückkopplungsinduktivität
36 vorgesehen, deren Enden je an die Basis des Transistors 33 und an den Abgriff
eines aus zwei Widerständen 37, 38 bestehenden Spannungsteilers gelegt sind. Parallel
zum Widerstand 38 liegt ein Überbrückungskondensator 39.
[0033] Die Oszillatorspannung wird am Kollektorkreis des Transistors 33 abgegriffen und
im Regler 13 über einen Kondensator 40 mittels eines als Diode geschalteten Transistors
41 gleichgerichtet und durch einen als Emitterfolger geschalteten weiteren Transistor
42, in dessen Emitterkreis ein weiterer Kondensator 48 angeordnet ist, geglättet.
Der Emitter des Transistors 42 ist über eine Diode 43 und einen Emitterwiderstand
44 an einen Pol 45 der Spannungsquelle 15 gelegt. Der Kollektor des Transistors 42
ist über den Widerstand 14 mit dem anderen Pol 46 der Spannungsquelle 15 verbunden.
Parallel zum Emitterwiderstand 35 liegt die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors
47, dessen Gate-Elektrode mit dem Kondensator 48 verbunden ist. Die gleichgerichtete
Oszillatorspannung bewirkt über den Feldeffekttransistor 47 eine solche Gegenkopplung
im Hochfrequenzoszillatorteil 12, daß die Oszillatorspannung etwa konstant gehalten
wird. Die gleichgerichtete Oszillatorspannung ist ein Maß für den Abstand zwischen
dem Sensor 10 und dem Metallplättchen 11. Der Hochfrequenzoszillatorteil 12 bildet
die Regelstrecke für den Regler 13, der über den Feldeffekttransistor 47 die Verstärkung
im Oszillator als Regelgröße beeinflußt. Die Bedämpfung, d. h. der Abstand zwischen
Spule 26 und Metallplättchen 11 ist die Störgröße. Der über den Widerstand 14 fließende
Strom ist ein Maß für den jeweiligen Abstand des Sensors 10 vom Metallplättchen 11.
[0034] Durch die Höhe der Frequenz des Sensors 10 ist es möglich, eine hohe Empfindlichkeit
zu erreichen, d. h. Membranbewegungen von 10 bis 50 µm sind noch meßbar. Die Masse
der Membran 3 wird praktisch nicht vergrößert. Wenn die Membran 3 aus Titan besteht,
kann auf das Metallplättchen 11 verzichtet werden.
[0035] Zur Justierung kann der Sensor 10 auf einer Hülse 49 angeordnet sein, die in einer
Bohrung im Magnetkern 5 verstellbar eingesetzt ist. Die an der Spitze des Magnetkerns
5 angeordnete, z.B. mit einem Gewinde in Achsrichtung verstellbare Hülse 49, trägt
an ihrem, über den Magnetkern 5 hinausragenden Ende den als integrierten Schaltkreis
mit einer Spule ausgebildeten Sensor 10.
[0036] Als Sensor 10 kann beispielsweise ein induktiver Geber verwendet werden, der unter
der Type 921LC2 von der Fa. Honeywell hergestellt und vertrieben wird. Bei diesem
Sensor, der bei einem Abstand von 2 mm zwischen Spule und Metallplättchen sein Ausgangssignal
sprungartig ändert, wird nur der Bereich vor 2 mm ausgenutzt. Es hat sich gezeigt,
daß der vorstehend erwähnte Sensor bei Abständen, die kleiner als der zur Umschaltung
des Ausgangssignals führende Abstand sind, eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem
Abstand zwischen Sensor 10 und Metallplättchen 11 proportional ist. Diese Eigenschaft
wird für die Membrangegenkopplung ausgenutzt.
[0037] Die Einstellung des Abstandes zwischen dem Sensor 10 und dem Metallplättchen 11 erfolgt
mit Ton-Bursts von Sinuswellen. Es wird derjenige Abstand eingestellt, bei dem sich
möglichst geringe Verzerrungen der Schallwellen ergeben. Die Wahl der Gegenkopplungsart
wird dem Einsatzbereich des jeweiligen Lautsprechers angepaßt, z.B. proportional bei
Tiefton-Lautsprechern, da deren Bewegungen langsamer ablaufen.
[0038] Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung sind in einem Gehäuse 50 eines Passivlautsprechers
ein Hochtonlautsprecher 51, ein Mitteltonlautsprecher 52 und ein Tieftonlautsprecher
53 vorgesehen. Alle Lautsprecher 51 bis 53 weisen Sensoren auf, die in Fig. 8 nicht
näher dargestellt sind. Es handelt sich vorzugsweise um Sensoren der oben beschriebenen
Art. Während bei dem Hochtonlautsprecher 51 stets ein induktiver Sensor 10 eingesetzt
wird, können bei den Lautsprechern 52 und 53 auch Sensoren der in der DE-C-32 37 262
beschriebenen Art verwendet werden. Falls, wie in Fig. 8 gezeigt, in dem Gehäuse 50
mehrere Lautsprecher mit Sensoren vorhanden sind, werden die Sensorsignale einer Summierschaltung
54 zugeführt, in der sie einander überlagert werden. Der Ausgang der Summierschaltung
54 ist mit einem PID-Regler 55 verbunden. Der Regler 55 und die Summierschaltung 54
sind zu einer Adaptereinheit zusammengefaßt, deren Ausgangssignal in den die Lautsprecher
51 bis 53 speisenden Stromkreis eingeführt werden. Eine geeignete Stelle 57 für die
Zufuhr des Ausgangssignals des Reglers 55 ist der Eingang eines Endverstärkers 56,
der die Lautsprecher 51, 52, 53 über entsprechende Ausgangsstufen speist. Der Endverstärker
56 ist auch ohne das Reglersignal funktionsfähig und kann die Lautsprecher 51 bis
53 speisen. Der Endverstärker 56 ist an einen Vorverstärker 58 angeschlossen. Es
ist auch möglich, das Ausgangssignal des Reglers 55 an einer Stelle 59 dem Vorverstärker
58 zuzuführen, der wahlweise von Signalen, z.B. eines Rundfunkempfängers, Tonbands
oder Plattenspielers gespeist wird.
[0039] Der Regler 55, dessen Ausgangssignal somit an mehreren Stellen in den die Verstärker
56 und 58 und die Lautsprecher 51 bis 53 enthaltenden Kreis eingespeist werden kann,
wirkt frequenzabhängig auf die den Lautsprechern 51 bis 53 zugeführten Signale ein.
Vorzugsweise enthält das Lautsprechergehäuse 50 Sensorbuchsen 60 bis 62, an die die
Sensorsignale gelegt sind. Von diesen Sensorbuchsen werden Leitungen zu der Summierschaltung
54 geführt.
[0040] Der Regler 55 stellt eine Zusatzelektronik dar, die auf den Signalzweig vor der Endstufe
einwirkt. Werden die Sensorsignale mehrerer oder aller Lautsprecher 51 bis 53 zur
Regelung benutzt, so wird vor der eigentlichen Regelstufe die Summenbildung durchgeführt.
Der so entstandene Frequenzgang des Weges wird dann in der PID-Regelelektronik 55
entsprechend aufbereitet und an den Stellen 57 oder 59 gegengekoppelt. Hierdurch läßt
sich sowohl das Impulsverhalten als auch der Frequenzgang eines Passivlautsprechers
gezielt unter Beibehaltung der vorhandenen Elektronik (Verstärker) beeinflussen.
[0041] 1 Mittelton-Lautsprecher
2 Lautsprecherkorb
3 Membran
4 Topfmagnet
5 Magnetkern
6 Ringspalt
7 Randeinspannung
8 Kalotte
9 Stirnseite
10 Sensor
11 Metallplättchen
12 Hochfrequenzoszillatorteil
13 Regler
14 Widerstand
15 Spannungsquelle
16 Verstärker
17 Zuleitung
18 Zuleitung
19 Verstärker
20 Differenzierglied
21 Integrierglied
22 Proportionalglied
23 Widerstand
24 Anschlüsse
25 Anschlüsse
26 Spule
27 Kern
28 Ende
29 Ende
30 Hochton-Lautsprecher
31 Teifton-Lautsprecher
32 Träger
33 Transistor
34 Kapazität
35 Emitterwiderstand
36 Rückkopplungsinduktivität
37 Widerstand
38 Widerstand
39 Überbrückungskondensator
40 Kondensator
41 Transistor
42 Transistor
43 Diode
44 Widerstand
45 Pol
46 Pol
47 Feldeffekttransistor
48 Kondensator
49 Hülse
50 Gehäuse
51 Hochtonlautsprecher
52 Mitteltonlautsprecher
53 Tieftonlautsprecher
54 Summierschaltung
55 PID-Regler
56 Endverstärker
57 Stelle
58 Vorverstärker
59 Stelle
60 bis 61 Sensorbuchsen
1. Lautsprecher (1) mit einer Membrangegenkopplung über einen induktiven Sensor (10)
mit dem ein aus der Bewegung der Membran (3) abgeleitetes elektrisches Signal für
die Gegenkopplung erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) ein
gegenüber der Membran (3) ortsfester, durch die zumindest teilweise metallische, metallisierte
oder mit einem Metallplättchen (11) versehene Membran (3) bedämpfbarer Hochfrequenzoszillator
ist, dessen für die Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Hochfrequenzpegels notwendiger
Strom zur Erzeugung des elektrischen Signals gemessen wird.
2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) einen
Schwingkreis mit einer Spule (26) enthält, deren Spulenfeld durch Annäherung der
zumindest teilweise metallischen, metallisierten oder mit einem Metallplättchen (11)
versehenenen Membran (3) veränderbar ist.
3. Lautsprecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10)
einen Hochfrequenzoszillatorteil (12) als Regelstrecke für einen eine gleichbleibende
Hochfrequenzschwingung bei unterschiedlichen Abständen zwischen der Spule (26) und
der Membran (3) aufrechterhaltenden Regler (13) enthält, und daß die Stromaufnahme
des Sensors (10) für die Erzeugung des elektrischen Signals gemessen wird.
4. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hochfrequenzoszillatorteil (12) mit einem elektrischen Wechselfeld im Bereich
von etwa 1,5 MHz schwingt.
5. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Regler (13) und wenigstens teilweise der Hochfrequenzoszillatorteil (12) als eine
integrierte Schaltung ausgebildet sind.
6. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spule (26) einen Kern (27) aufweist, dessen Enden (28, 29) einen offenen magnetischen
Weg begrenzen, in dem die zumindest teilweise metallische, metallisierte oder mit
dem Metallplättchen (11) versehen Membran (3) angeordnet und den Enden (28, 29) zugewandt
ist.
7. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der vom Sensor (10) aufgenommene Strom durch einen Widerstand (14) meßbar ist, dessen
Spannungsabfall an den Eingang eines Verstärkers (19) gelegt ist, der über ein Differenzierglied
und/oder ein Integrierglied und/oder ein Proportionalglied die Gegenkopplungsspannung
einem den Lautsprecher (1) speisenden Verstärker (16) zuführt.
8. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stärke des Metallplättchens (11) oder der Metallschicht auf der Membran (3) oder
der metallisierten Membran (3) zwischen 1 µm und 100 µm liegt.
9. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen der Membran (3) in ihrer Ruhelage und den Enden (28, 29) des
Kerns (27) der Spule (26) 1 bis 5 mm beträgt.
10. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (3) aus Titan besteht.
11. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (10) an einem Ende einer Hülse (49) befestigt ist, die im Magnetkern
(5) eines Topfmagneten (4) eines Lautsprechers in Achsrichtung einstellbar angeordnet
ist.
12. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen der Membran (3) in ihrer Ruhelage und dem Sensor (10) weniger
als 2 mm beträgt.
13. Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung als Passivlautsprecher,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (50), in dem mehrere Lautsprecher (51,
52, 53) angeordnet sind, die Lautsprecher von mindestens einem Endverstärker (56)
gespeist werden und wenigstens ein Lautsprecher einen Sensor (10) aufweist, dessen
elektrisches Signal über einen Regler (55) dem Endverstärker (56) oder dem diesen
vorgeschalteten Stromkreis zugeführt wird.
14. Lautsprecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Lautsprecher
Sensoren enthalten, deren Ausgangssignale einer Summierschaltung (54) zuführbar sind,
der der Regler (55) nachgeschaltet ist.
15. Lautsprecher nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal
des Reglers (55) einem Vorverstärker (58) zuführbar ist, der von den in Schall umzusetzenden
Tonfrequenzsignalen beaufschlagt ist und dem der Endverstärker (56) nachgeschaltet
ist.
16. Lautsprecher nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Summierschaltung (54) und der Regler (55) als eine für sich handhabbare, wahlweise
einsteckbare Einheit ausgebildet sind.