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Hörfrequenzverstärker Bei Schallwiedergabevorrichtüngen, bei denen
elektrische Ströme in Schallschwingungen umgesetzt werden, hat man bisher immer
versucht, eine möglichst naturgetreue Wiedergabe des Schalls zu erzielen.
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Die Naturgetreuheit wurde stets darin gesucht, daß im wiedergegebenen
Schall das Verhältnis der Stärke der verschiedenen Töne in. physikalischer Hinsicht
dasselbe wie bei dem ursprünglichen Schall sein sollte. Bei den erwähnten Vorrichtungen
kommt es öfter vor, daß man den Schall zu verstärken oder zu schwächen wünscht.
Dies geschieht mit Hilfe eines Lautstärkereglers, der die physikalische Stärke aller
Töne ungefähr in gleichem Maße vergrößert oder verringert.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntpis, daß man nicht an allererster
Stelle eine Naturgetreuheit im obenerwähnten Sinne anstreben muß, sondern daß man
vielmehr die Regelung derart ausführen muß, daß sich bei Schwächung oder Verstärkung
der Lautstärke der physiologisch wahrgenommene Charakter des wiedergegebenen Schalls
gegenüber dem des ursprünglichen Schalls nicht ändert. Es ist bereits für medizinische
Zwecke ein Verstärker zur Messung von Herztönen gebaut worden, dessen Entwicklung
von dem Umstand ausging, daß man bei der Messung von Herztönen mit objektiven Hilfsmitteln
andere Ergebnisse erhielt, als wenn die Messungen mit Hilfe des menschlichen Ohrs
vorgenommen wurden. Bei einem solchen Herztonverstärker soll die Frequenzkuuve die
gleiche Frequenzabhängigkeit wie die Gehörempfindlichkeit besitzen, und zu diesem
Zweck werden die zu verstärkenden Spannungen derart verzerrt, daß die objektiv wahrgenommene
Intensität der verschiedenen Töne mit der subjektiv wahrgenommenen Tonstärke übereinstimmt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallwiedergabeverstärker, bei
dem zwar ebenfalls eine frequenzabhängige Verzerrung der zu verstärkenden Spannungen
stattfindet, bei dem aber die Verzerrung nicht derart ist, daß die mit dem Ohr wahrgenommenen
Intensitäten des wiedergegebenen Schalls in einem linearen Verhältnis zu den mit
dem Ohr wahrgenommenen Intensitäten der zu verstärkenden Töne stehen. Bei dem Verstärker
-nach
der Erfindung wird die Verstärkung vielmehr derart geregelt,
daß der physiologisch wahrgenommene Charakter des wiedergegebenen Schalls derselbe
ist wie der des ursprünglichen Schalls.
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Das menschliche Ohr ist bekanntlich nicht für alle im Hörbarkeitsgebiet
liegenden Frequenzen gleich empfindlich. Die Empfindlichkeit des Ohrs ist vielmehr
für Frequenzen in der Nähe von i 5oo bis z ooo Hertz am größten, während oberhalb
und unterhalb dieses Bereichs die Empfindlichkeit allmählich abnimmt. Es besteht
ferner ein, sogenannter Schwellenwert, der von der Frequenz abhängig und für diejenigen
Frequenzen am niedrigsten ist, für die das Ohr am empfindlichsten ist. Für die sehr
hohen sowie für die sehr niedrigen Frequenzen ist der Schwellenwert sehr hoch. Unter
Schwellenwert wird hier die physikalische Intensität verstanden, die erforderlich
ist, um gerade einen wahrnehmbaren Schalleindruck zu verursachen.
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Die Kurve, die den Schwellenwert in Abhängigkeit von der Frequenz
darstellt, weist in der Nähe der Frequenz i 5oo bis 2 ooo-Hertz ein Minimum auf
und steigt nach oben wie nach unten allmählich an. - - -Bei einem bestimmten Schall,
in dem neben den mittleren Tönen auch die hohen und die tiefen Töne vorhanden sind,
kann es vorkommen, daß bei gleichmäßiger Schwächung aller Töne die hohen und die
tiefen Töne eine unter dem Schwellenwert liegende Intensität erhalten, wodurch sich
der Charakter des Schalls ändern würde.
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Unter dem Charakter des Schalls ist das physiologisch -wahrgenommene
Intensitätsverhältnis der verschiedenen Töne zu verstehen.
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Besteht der Schall z. B. aus zwei einfachen Tönen, deren physikalische
Intensitäten durch A und B gegeben seien, so sind die physiologischen
Eindrücke der Stärke dieser beiden Töne ganz anders- und können etwa durch die Werte
.C und -D dargestellt werden. Das Verhältnis zwischen C und D bestimmt nun, wie
oben ausgeführt; den Charakter des wahrgenommenen Schalls. Bei dem Verstärker gemäß
der Erfindung wird nun dieses Verhältnis zwischen C und D unabhängig von der absoluten
St=ärke, d. h. von der in physikalischem Maß gemessenen Stärke, wenigstens annähernd
-konstant gehalten. Die hier für nur zwei -Töne --angestellte Betrachtung
gilt natürlich- auch für -einen aus beliebig vielen Tönen zusammengesetzten Schall.
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Bei dem Verstärker gemäß der Erfindung kann außerdem ein gewöhnlicher
Lautstärkeregler vorgesehen sein, mittels dessen die Stärke sämtlicher Töne ungefähr
in gleichem Maße geändert wird. Dem besonders bei Radiogeräten, Tonfilmanlagen,
Schallplatten- und ähnlichen Verstärkern auftretenden Übelstand, daß sich mit der
Stärke des Schalls auch seine Natur, wie oben' erwähnt, ändert, wird durch den Verstärker
nach der Erfindung abgeholfen. Viele Benutzer von elektrischen Verstärkern, denen
es nicht ausschließlich um eine möglichst große Lautstärke zu tun ist, stellen die
Lautstärke ein, bis der Gesamteindruck ein angenehm-er ist. In diesem Fall ist jedoch
die Stärke oft nicht genügend, wenn. sich die Hörer in einiger Entfernung von der
Wie-"dergabevorrichtung befinden. Eine Steigerung der Stärke ändert bei den normalen
Geräten die Qualität. Durch Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird dieser
Übelstand ganz vermieden, und nachdem man. z. B. zuerst die Lautstärke mit einer
gewöhnlichen Lautstärkeregelung vergrößert hat, kann man die ursprüngliche Qualität
wieder zurückbekommen.
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Ein einfaches Mittel zum Konstanthalten des physiologischen Charakters
des Schalls besteht darin, daß parallel zu der Primär-oder Sekundärwicklung seines
Transformators, der als Kopplungselement zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufeneines
Verstärkers dient, -eine Impedanz geschaltet wird, die aus einer Reihenschaltung
.einer Selbstinduktion und einer Kapazität parallel zu einem Widerstand besteht,
der als Potentiometer eingerichtet sein kann.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Wird bei einem bestimmten Schall.
die Stärke mittels einer bekannten Lautstärkeregelung geändert, so ändert sich auch
der Charakter des wiedergegebenen Schalls. Durch Ver schiebung des Potentiometerkontakts
kann der ursprüngliche Eindruck wiederhergestellt werden, ohne die Lautstärke merklich
zu beeinflussen. -Die Erfindung ist auf alle elektrischen Verstärker anwendbar,
die Schalle zu irgendeinem Zweck wiedergeben.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung- näher erläutert,
in der eine Ausführungsform beispielsweise dargestellt ist.
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In Fig. i bedeutet i eine Röhre, die als Verstärker in einem gebräuchlichen
elektrischen_ Niederfrequenzverstärker dient. Im Anodenkreis der Röhre liegt eine
Primärwicklung z eines Transformators, dessen Sekundärwicklung 3 mit dem Gitter
und der Glühkathode einer Röhre 5 verbunden ist. Parallel zu der Primärwicklung
des Transformators ist eine Impedanz geschaltet, die einerseits aus einem Widerstand
6 und andererseits aus einem Widerstand 7 in Reihe mit einer Kapazität C und einer
Selbstinduktion L besteht. Die Impedanz besteht also aus den
zwei
parallelen Zweigen 6 und 7, C, L, Die Widerstände 6 und 7 können zu einem
einzigen Potentiometerwiderstand kombiniert werden, -bei dem in veränderlicher Punkt
z. B. mittels eines Gleitkontakts 9 mit dem einen Ende der Primärwicklung 2 verbunden
ist. Ist der Widerstand 6 klein im Vergleich zum Widerstand 7, so ist der wiedergegebene
Schall verhältnismäßig schwach. Wird der Widerstand 6 allmählich vergrößert, so
wird, solange der Widerstand 6 in bezug auf den Ohmschen Widerstand in dem Zweig
7, C, L
klein ist, aer Schall derart verstärkt, daß die physikalischen Intensitäten
sämtlicher Frequenzen in gleichem Maße zunehmen. Wird jedoch der Widerstand 6 groß,
so ist für diejenigen Frequenzen, die in der Nähe der Resonanzfrequenz des Kreises
liegen, die mit den Elementen L und C erzeugt werden kann, der Wechselstromwiderstand
im Zweige 7, C, L
verhältnismäßig gering. Dies hat zur Folge, daß die in der
Nähe der Resonanzfrequenz liegenden Frequenzen verhältnismäßig weniger verstärkt
werden als die Frequenzen, die höher und niedriger als diese Resonanzfrequenzen
sind.
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Es hat sich herausgestellt, daß auf die oben beschriebene Weise eine
Regelung der Lautstärke erzielt wird, bei der für jede Lautstärke der Charakter
des Schalls nach Belieben geregelt werden kann.
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Statt einer einzigen L, C-Verbindung können selbstverständlich -auch
mehrere solche Verbindungen parallel geschaltet werden, und in diesem Fall können
die Resonanzfrequenzen dieser - L, C-Verbindungen verschieden sein.
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Die Breite des Minimums in der Frequenzkennlinie . der Vorrichtung
wird durch die Dämpfung des L, C-Kreises bedingt. Bei einem inneren Widerstand der
Röhre i von i o'- Ohm und einem Gesamtwert der Widerstände 7 und 6 von i i. i o4
Ohm wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Ist der Widerstand des Teiles 7 erheblich
geringer und zugleich der Widerstand 6 größer als der innere Widerstand der-Röhre,
so zeigt die Frequenzkennlinie seine Durchbiegung, deren Lage durch die Werte von
L und C bedingt ist. Die gesamte Verstärkung wird etwas verringert, aber diese Verringerung
wird vom Gewinn an Qualität mehr als ausgeglichen. Ist z. B. der Widerstand 6 dem
inneren Widerstand ungefähr gleich und ist überdies der Widerstand 7 größer als
der innere Widerstand, so beträgt die mittlere Verstärkung sämtlicher Frequenzen
noch 5o % des höchst erreichbaren Wertes.
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Selbstverständlich kann die beschriebene Regelung der Lautstärke auch
im Sekundärkreis des Transformators 3 angewendet werden. Man erhält in diesem Fall
die in Fig. z dargestellte Schaltung, die aus der Figur sofort verständlich ist
und keiner näheren Erläuterung bedarf.
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Statt Transformatoren können auch andere Kopplungselemente benutzt
werden.