Patentschrift DE3637666A1 vom 19.5.1988 hat geschrieben:
Phasen- und Amplituden-geregelter Lautsprecher mit beliebig vielen Wegen
Anwendungsgebiet
Originalgetreue Musik-, Sprach- und Geräusch-Reproduktion. Stand der Technik
Trotz intensiver Forschung ist es bisher nicht gelungen, einen Schallwandler zu entwickeln, das ganze hörbare Frequenzspektrum geradlinig abstrahlen kann. Deshalb enthalten Lautsprecher für originalgetreue Wiedergabe mehrere Schallwandler, von denen jeder für ein bestimmtes Frequenzband besonders geeignet ist. Die Auftrennung des ganzen Spektrums erfolgt über eine sogenannte Frequenzweiche. Der einzelne Bereich wird als Weg bezeichnet. Diese Weiche besteht bei passiven Lautsprechern aus passiven, frequenzabhängigen Bauteilen. Dieser Lautsprecher benötigt für das ganze Spektrum nur einen Verstärker. Es ist dabei unwesentlich, ob der Verstärker als separate Komponente vorhanden ist, oder ob dieser in das Lautsprechergehäuse eingebaut ist. Die bisher bessere Konstruktion enthält als wesentliches Bauteil eine sogenannte aktive Frequenzweiche, und wird daher als aktiver Lautsprecher bezeichnet. Hierbei wird das Tonsignal schon vor der Verstärkung in einzelne Wege aufgetrennt. Jedes Band wird in einem eigenen Verstärker aufbereitet und jeder Verstärker versorgt nur einen Weg. Hierdurch kann jeder Verstärker speziell an seinen Schallwandler angepaßt werden. Die besten Konstruktionen enthalten außerdem einen oder mehrere Regelkreise zum Regeln der Lautsprechermembran. Als Regelungsgeber werden unterschiedliche Systeme verwendet. Es ist auch üblich, eine Frequenzgangkorrektur besonders im Baßbereich vorzunehmen. Dies ist auch bei passiver Konstruktion mit integriertem Verstärker möglich, in dem das Übertragungsverhalten des Verstärkers auf den Lautsprecher abgestimmt wird. Aktive Lautsprecher enthalten üblicherweise auch eine Einschaltautomatik, um die Stromaufnahme bei Nichtgebrauch niedrig zu halten. Diese Automatik reagiert normalerweise auf ein ankommendes Tonsignal.
Kritik
Den bisher bekanntgewordenen aktiven Lautsprechern ist gemein, daß zwar die Schallabstrahlung des einzelnen Schallwandlers perfekt sein kann, das Zusammenspiel der einzelnen Schallwandler aber dem Zufall überlassen bleibt. Dieses Zusammenspiel ist sehr stark von der Raumakustik und dem Aufstellungsort abhängig und ausschlaggebend für die räumliche Abbildung. Außerdem ist der technische Aufwand von mindstens 2 Verstärkern je Lautsprecher und speziellen Schallwandlern mit Regelungsaufnehmer enorm und steht meistens in keinem akzeptablen Verhältnis zur erzielten Klangverbesserung.
Ein wesentlicher Punkt der Kritik ist, daß derartige Systeme auch einen Preis haben müssen, der sich am technischen Aufwand orientiert.
Die üblicherweise verwendete Einschaltautomatik ist problematisch, da sie eine Reaktionsschwelle haben muß. Liegt diese Schwelle so niedrig, daß sie von leiser Musik überschritten wird, wird die Automatik auch von jedem Störsignal ausgelöst. Liegt sie so hoch, daß diese ungewollte Einschaltung nicht erfolgt, ist es fast unmöglich, leise Musik zu hören.
Lösung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lautsprecher zunächst mit einer passiven Frequenzweiche aufgebaut wird, und nur einen Verstärker bei beliebig vielen Wegen enthält. An die Frequenzweiche sind dabei keine besonderen Ansprüche gestellt. Der Verstärker muß jedoch bestimmte Bedingungen erfüllen.
1. Die Ausgangsspannung soll ausschließlich von der Gegenkopplung abhängig sein.
2. Der Stromfluß muß in Richtung und Größe von der Ausgangsspannung unabhängig sein.
Die meisten handelsüblichen Verstärker erfüllen diese Bedingungen nicht. Deshalb wird für die Konstruktion dieses Lautsprechers das Prinzip des als "ABACUS Rieder" bekannten Verstärkers verwendet. Die Konstruktion des Lautsprechers bewirkt eine phasenlineare und amplitudengeregelte Schallabstrahlung. Daher die Bezeichnung "Amplifier Phase Controlled" kurz "APC.
Der wesentliche Bestandteil der "APC" Schaltung ist ein Summierverstärker. An den Eingängen dieses Summierverstärkers wird das Spannungssignal der einzelnen Wege nach der Frequenzweiche wieder zum ursprünglichen komplexen Spannungssignal summiert. Dieses komplexe Signal bildet die Gegenkopplungs-Spannung des "ABACUS Rieder" Verstärkers. Da die Ausgangsspannung dieses Verstärkers nur von der Gegenkopplung abhängig ist, sind die Einzelspannungen nach der Weiche phasenrichtig und amplitudengeregelt.
An den einzelnen Summierwiderständen erfolgt eine Frequenzgangkorrektur der einzelnen Schallwandler, im Ausgangssignal oder der Gegenkopplung des Summierverstärkers eine Frequenzgangkorrektur über den gesamten Tonfrequenzbereich.
Die Regelung der Schallwandler erfolgt ebenfalls über den Summierverstärker. Es ist ein besonderes Merkmal des "ABACUS Rieder" Verstärker, daß dieser den Schallwandler auch ohne äußere Regelschleife nur über die Gegeninduktionsspannung regelt. Dieser Effekt wird in der "APC" Schaltung verstärkt ausgenutzt. Da die Gegenkopplung direkt am Schallwandler abgegriffen wird, erfolgt die Regelung unmittelbar ohne Umweg über die passive Frequenzweiche, da als Folge dieser Schaltung die Spannung vor der Weiche vom Verstärker automatisch so eingestellt wird, daß der Stromfluß im Schallwandler von der Membranbewegung abhängig ist und somit die Membran regelt.
Die Einschaltautomatik reagiert nicht auf ein Tonsignal, sondern wird durch den Netzstrom eines anderen Gerätes ausgelöst. In der Regel ist dies ein Vorverstärker, wie er zum Ansteuern von aktiven Lautsprechern ohnehin notwendig ist. Dieses Gerät wird an einer Steckdose des Netzteils angeschlossen und schaltet mit Hilfe der im Netzteil enthaltenen Steuerelektronik durch seinen Stromverbrauch die Lautsprecher ein.
Vorteile
Die vorher beschriebene Schaltung ermöglicht die Konstruktion von Lautsprechern, die bei beliebig vielen Wegen die einzelnen Schallwandler zu phasenrichtigem Verhalten zwingt. Die Regelung über den ganzen Frequenzbereich des Lautsprechers ergibt eine exakte Reproduktion der einzelnen Schallanteile. Da für die Konstruktion vorzugsweise nur ein Verstärker erforderlich ist, wird ein Preis-Leistungsverhältnis erreicht, wie das bei keinem anderen Konzept möglich ist. Durch die Kombination von "ABACUS Rieder" mit "APC" ist es erstmals möglich, Lautsprecher mit beliebiger Leistungsbandbreite ohne Gehäusevolumen-Vorgabe zu konstruieren. Durch eine elektronische Signalaufbereitung ist es möglich, die Schallwandler-Parameter nach "Thiele und Small" zu überwinden.
Weitere Ausgestaltungen
Am Summiererverstärker können auch Signale von separaten Regelungsgebern zusammengeführt werden.
Es ist außerdem möglich der Elektronik des aktiven Lautsprechers einen oder mehrere passive gleicher Konstruktion parallelzuschalten.
Durch geeignete Beschaltung einer aktiven Frequenzweiche und Ansteuerung mit dem komplexen Signal des Summierverstärkers ist auch eine Mehr-Verstärker-Konstruktion möglich.
Das sogenannte Netzteil (Transformator und Gleichrichter) wird mit einer Einschaltautomatik kombiniert und in ein separates Gehäuse eingebaut. Dies macht nur einen Transformator und nur eine Einschaltelektronik für beide Lautsprecher erforderlich.
Das separate Netzteil ermöglicht außerdem den einfachen Austausch gegen ein solches mit anderer Netzspannung oder für Batteriebetrieb. Das Netzteil kann außerdem sehr einfach an die Zulassungs-Vorschriften in anderen Ländern angepaßt werden.
Da zum Betrieb von aktiven Lautsprechern ohnehin ein Vorverstärker notwendig ist, kann dieser auch das Netzteil enthalten. Dann erübrigt sich eine Einschaltautomatik.
Das separate Netzteil kann eine zweite Steckdose enthalten, die parallel zum Transformator eingeschaltet wird und damit die ganze Anlage mit dem Netz verbindet.
Quelle:
http://www.patent-de.com/19880519/DE3637666A1.html