Schaltungsanordnung für einen piezoelektrischen Hochton-Wandler

Abstract

 Schaltungsanordnung für einen piezoelektrischen Hochtonlautsprecher, der parallel zu einem oder einer Kombination von mehreren Lautsprechern betrieben wird. Mittels geeignet dimensionierten LC-Gliedern mit einem zum PHT parallel oder zur Induktivität in Reihe geschalteten Widerstand entsprechender Größe ist entweder eine Schalldruckpegelabsenkung im Arbeitsfrequenzbereich des PHT bei gleichzeitiger Erhöhung der unteren Grenzfrequenz oder eine Schalldruckpegelanhebung im Arbeitsfrequenzbereich, also eine Empfindlichkeitserhöhung durch kontrollierte oder gedämpfte Resonanz durchführbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff der beiden ersten Ansprüche.

[0002] Piezoelektrische Elemente als Wandler für HochtonLautsprecher sind bekannt. Sie entsprechen elektrisch einem verlustbehafteten Kondensator. Ihre Impedanz Z ist sehr hochohmig, im k Ohm-Bereich, bis herauf zum eigentlichen Arbeitsbereich. Dieser liegt abhängig von Bauart und Größe zwischen 5 und 50 kHz. Die Impedanz Z hat hier noch einen Wert in der Größenordnung von 100 Ohm. Die Kapazität ist je nach Bauform und Konstruktion zwischen etwa 0,1 und 0,5 _/uF. Piezo-Hochtöner (PHT), im amerikanischen Sprachgebrauch auch als "piezo ceramic speakers (tweeters)" bezeichnet, benötigen deshalb im allgemeinen keine Frequenzweiche zum Betrieb mit einem Tiefton- oder Tiefmittelton-Lautsprecher bzw. beim Einsatz mit einer Lautsprecherkomination, die niederohmig (4/8/16... Ohm) ausgeführt ist. Er wird direkt parallel angeschlossen. Wie aus dem "Journal of the Audio Engineering Society, December 1975, Volume 23, Numer 10", Seiten 796 bis 801 zu entnehmen ist, verwendet man unter Umständen dennoch Vorschaltglieder: Ein Reihenwiderstand begrenzt den Ultrahochtonbereich, d. h. er kann so dimensioniert werden, daß die obere Grenzfrequenz festgelegt wird. Das kann notwendig sein, wenn der verwendete Verstärker zu Schwingungen in diesem Bereich neigt. Ein Reihen-Kondensator bewirkt eine Pegelabschwächung und erlaubt eine erforderliche Anpassung an die Pegel von Kombinationslautsprechern.

[0003] In dem Buch von Klinger, Lautsprecher und Lautsprechergehäuse für HiFi, 1981, Francis-Verlag München, Figur 116 auf Seite 147 wird die Parallelschaltung eines Widerstandes zu einem Hochtonlautsprecher in Verbindung mit einer 12 dB-Weiche gezeigt.

[0004] Bislang war die Verwendung von Induktivitäten in Verbindung mit einem PHT nicht üblich.

[0005] MEist werden Piezo-Elemente zum Antrieb einer Membran verwendet, die ihrerseits mit einem Horn oder Trichter zur Verbesserung von Wirkungsgrad und Abstrahl-Verhalten versehen sind. Die Steilheit der Überlappungsflanke (in dB / Oktave) eines PHT ist direkt vom Wandlermechanismus bzw. der Strahlungsimpedanz eines vorgebauten Trichters abhängig, nicht aber von elektrischen Vorschaltgliedern.

[0006] Meistens ist es aus klanglichen Gründen ratsam, wenn zum Beispiel ein verfärbungsfreies Klangbild angestrebt wird, den unteren Arbeitsbereich des PHT nicht zu nutzen, vielmehr ihn zu unterdrücken. Ein Grund dafür kann beispielsweise eine unerwünschte Trichterresonanz sein. Um das zu erreichen ist ein LC-Weichenzweig erforderlich. Das ist dem Buch von Klinger auf den Seiten 68-71 zu entnehemen.

[0007] Ist zur Erzielung eines gewünschten Klangbildes einer Kombination von Lautsprechern, die einen PHT einschließt, eine Empfindlichkeitserhöhung zur Hervorhebung des Formantbereiches erforderlich, dann kommt man ebenfalls ohne einen LC-Weichenzweig nicht aus.

[0008] Diese beiden alternativen Ziele lagen der Erfindung zugrunde, um den Entwickler in die Lage zu versetzen, bei Verwendung eines PHT, der parallel zu einer Mehrwege-Lautsprecherkombination betrieben werden soll, je nach den Bedingungen des Anwendungsfalles mit geringstmöglichem Bauteileaufwand durch passende Dimensionierung eine notwendige Anpassung vornehmen zu können.

[0009] Eine Lösung für beide Forderungen ist dem Kennzeichen des Anspruchs 1 zu entnehmen.

[0010] Weitere Einzelheiten enthält ein Unteranspruch sowie die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

[0011] Es ergeben sich zwei alternative Lösungen je nach Dimensionierung von drei Bauteilen:

ErfindungsgemäB einerseits macht ein Parallelwiderstand von wenigen Ohm den PHT niederohmiger. Es trifft ein Pegelverlust ein. Dann ist sein Einsatz mit einem normalen 12dB-Netzwerk innerhalb einer Komination möglich. Der resultierende Schalldruckpegel ist vorteilhafterweise gleich oder kleiner als der ohne jedes Weichenelement. Andererseits kontrolliert erfindungsgemäß ein sehr kleiner Serien- Widerstand zum L-Glied der LC-Weiche den Betrag der Resonanzaufschaukelung des Kreises, der aus dem PHT und der parallel angeschlossenen Reihenschaltung des Widerstandes und der Induktivität besteht. Vorteilhafterweise wird so der Schaltdruckpegel im gewünschten Frequenzgebiet gröBer als der des unbeschalteten PHT.

[0012] Zwei Ausführungsbeispiele von LC-Weichenzweigen für den Betrieb von PHT zeigen die Figuren 1 und 3, die dazugehörigen typischen Schalldruckkurven sind in den Figuren 2 und 4 dargestellt.

[0013] Gemäß Figur 1 ist über einen Kondensator C1 eine Parallelschaltung bestehend aus einem PHT, einem Widerstand R1 und einer Induktivität L1 an den Eingangsklemmen 1 und 2 angeschlossen, an welchen der oder die übrigen Lautsprecher der Kombination parallel liegen. Der Widerstand R1 ist z.B. mit 10 Ohm dimensioniert. Dadurch wird der resultierende Widerstand aus der Impedanz der PHT und dieses Widerstandes R1 kleiner. Es tritt ein Pegelverlust ein und die untere Grenzfrequenz des Arbeitsbereiches des PHT wird heraufgesetzt. Die entsprechenden Kurven sind gestrichelt bzw. ausgezogen in Figur 2 eingezeichnet.

[0014] In Figur 3 liegt ein PHT über einen Kondensator C2 an den Eingangsklemmen 1 und 2. Parallel zu diesen sind der oder die nicht eingetragenen übrigen Lautsprecher zu denken.

[0015] Eine Reihenschaltung eines Widerstandes R2 von etwa 1,5 Ohm und einer Induktivität L2 liegt parallel zum PHT und bildet mit dem Kondensatorwert desselben einen Resonanzkreis, der auf den Arbeitsbereich des PHT abgestimmt ist. Der Widerstand R2 bedämpft die Resonanzaufschaukelung des Kreises auf die gewünschte Empfindlichkeitserhöhung. Figur 4 zeigt die entsprechenden Schalldruckpegel gestrichelt resp. ausgezogen.

[0016] Selbstverständlich korrespondiert jede der beiden Schaltungsanordnungen dual, d. h. der Parallel-Widerstand kann in einen Serien-Widerstand überführt werden und umgekehrt.Daraus folgt weiterhin, daß es innerhalb der Erfindung durchaus fließende Übergänge zwischen den beiden Lösungen (Fig. 1 und 2 resp. 3 und 4) gibt. Der Serien-Widerstand stellt gleichzeitig den Verlustwiderstand der Induktivität dar, somit ist es vorteilhaft zusammenfassend eine "verlustbehaftete Spule" zu verwenden.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung für einen piezoelektrischen Hochton-Wandler (PHT), der in einer Mehrwege-Lautsprecherkombination arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der PHT an einem an sich üblichen 12 dB-Netzwerk, bestehend aus einem Serienkondensator (C1 resp. C2) und einer Parallelinduktivität (L1 resp. L2) betrieben wird, die so dimensioniert werden, daß je nach der Erfordernis des Anwendungsfalles entweder mittels eines Parallelwiderstandes (R1) zum PHT in der Größenordnung von 10 Ohm seine untere Grenzfrequenz erhöht und gleichzeitig eine Empfindlichkeitsabsenkung im Arbeitsfrequenzbereich zur erwünschten Pegelanpassung vorgenommen wird oder mittels eines Reihenwiderstandes (R2) zur Parallelinduktivität (L2) eine gewollte, kontrollierte Dämpfung der Resonanzüberhöhung in diesem Arbeitsfrequenzbereich gewählt wird, die sich durch Wirkung des Parallelresonanzkreises bestehend aus dem C-Wert des PHT und dem L-Wert der Induktivität (L2) ergibt.

2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L2) eine sogenannte verlustbehaftete Spule ist und somit ein Serienwiderstand (R2) in ihr enthalten ist.

Zeichnung