LU508163B1

LU508163B1 - Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers

Info

Publication number: LU508163B1
Application number: LU508163A
Authority: LU
Inventors: Dr Dirk Olszewski; Jonas Stückemann; Johannes Böhm
Original assignee: Paragon Gmbh & Co Kgaa
Priority date: 2024-09-02
Filing date: 2024-09-02
Publication date: 2026-03-02
Also published as: US20260067620A1; DE102025134571A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein Referenzsignal zur Erzeugung eines Pilottons und ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers verarbeitet wird. Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Nutzsignals generiert. Zweckmäßigerweise wird das Referenzsignal in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft, vorzugsweise einer Spannung, einer Stromstärke und/oder einer Leistung, des Nutzsignals generiert.

Description

LU508163 10. Juli 2025 paragon GmbH & Co. KGaA M/PRG-038-LU lu508163

Beschreibung:

Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein Referenzsignal zur

Erzeugung eines Pilottons und ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des

Lautsprechers verarbeitet wird.

Es istdurch Benutzung bekannt, zur Linearisierung von Antriebsparametern für dynamische Tauchspulen-Lautsprechern zusätzlich zu dem Nutzsignal ein

Referenzsignal aufzuprägen und den dabei von einer Schwingspule des

Lautsprechers aufgenommenen Strom zu messen. Das Referenzsignal und ein

Ergebnis der Messung des aufgenommenen Stroms werden einem mathematischen Modell des Lautsprechers zugeführt und zum Betrieb des

Lautsprechers weiterverarbeitet.

Die US 2016/373871 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines

Lautsprechers, insbesondere Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein

Referenzsignal zur Erzeugung eines Pilottons und ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers verarbeitet wird, wobei das Referenzsignal so gewählt werden kann, dass es eine Gesamtauslenkung einer Membran des

Lautsprechers nicht wesentlich erhöht. Das Referenzsignal weist eine konstante

Amplitude auf. Aufgrund von nicht-linearen Effekten des Lautsprechers weist der

Pilotton eine Amplitudenmodulation auf. Die Amplitudenmodulation des Pilottons wird bestimmt, wobei unter Verwendung der bestimmten Amplitudenmodulation eine Auslenkung der Membran bestimmt wird. Anhand einer Anpassung einer

Eingangsleistung des Lautsprechers kann die Auslenkung der Membran so eingestellt werden, dass diese nicht zu groß ist, wodurch insbesondere eine

Beschädigung des Lautsprechers vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wiedergabe des Nutzsignals mittels des Lautsprechers zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das

Referenzsignal in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Nutzsignals generiert wird, wobei eine Signalamplitude des Referenzsignals von der 1508163

Nutzsignalamplitude abhängig ist, wobei das Referenzsignal mit einer für den

Lautsprecher vorgesehenen Maximalpilottonamplitude generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude kleiner ist als ein unterer

Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei das Referenzsignal mit einer

Minimalpilottonamplitude generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude größer ist als ein oberer Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei die

Minimalpilottonamplitude = 0 ist, wobei das Referenzsignal mit einer variablen Amplitude, die abhängig von der Größe der Nutzsignalamplitude ist, generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude größer ist als der untere

Nutzsignalamplitudengrenzwert und die Nutzsignalamplitude kleiner ist als der obere Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei die Größe der Amplitude des Referenzsignals mit der variablen Amplitude eine Funktion der

Nutzsignalamplitude ist.

Kommt es zu einer konstruktiven Überlagerung des Pilottons mit dem Klang, der durch das Nutzsignal erzeugt wird, addieren sich auch die resultierenden

Auslenkungen von Membranen des Lautsprechers, die durch die beiden Signale in Bewegung versetzt werden. Dies führt zu einer Reduktion der zur Ausgabe des

Nutzsignals nutzbaren Membranauslenkung und wirkt somit dem Ziel, mittels der

Linearisierung den nutzbaren Bereich der Membranauslenkung zu erweitern, entgegen. Die Erfinder haben erkannt, dass das Nutzsignal selbst die Funktion des Referenzsignals übernehmen und damit als Referenzsignal mitgenutzt werden kann.

Durch die Verknüpfung des Referenzsignals mit einer Eigenschaft des

Nutzsignals wird die Möglichkeit geschaffen, das Referenzsignal an das

Nutzsignal anzupassen. Insbesondere kann das Referenzsignal und damit der

Pilotton verringert werden, wenn das Nutzsignal selbst die Funktion des

Referenzsignals übernehmen kann.

Erfolgt dies, kann der Lautsprecher in größerem Umfang oder sogar vollständig zur Wiedergabe des Nutzsignals verwendet werden. Insbesondere ist die

Auslenkung seiner Membran vollständig zur Erzeugung des durch das Nutzsignal wiederzugebenden Klangs nutzbar und wird nicht mehr zur Wiedergabe des

Pilottons benötigt. Darüber hinaus wird vermieden oder gar ausgeschlossen, dass durch Überlagerung des Pilottons mit dem auszugebenden Klang zu

Intermodulationseffekten kommt, die den Klang stören können. 2

1u508163

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Referenzsignal in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft, vorzugsweise einer Spannung, einer Stromstärke, einer Leistung und/oder eines Pegels, des Nutzsignals generiert.

Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal derart generiert, dass eine

Signalamplitude des Referenzsignals von der Nutzsignalamplitude abhängig ist.

Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal mit einer für den Lautsprecher vorgesehenen Maximalpilottonamplitude generiert, wenn die

Nutzsignalamplitude kleiner ist als ein unterer Nutzsignalamplitudengrenzwert.

Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal mit einer Minimalpilottonamplitude generiert wenn die Nutzsignalamplitude größer ist als ein oberer

Nutzsignalamplitudengrenzwert. Erfindungsgemäß beträgt die

Minimalpilottonamplitude 0.

Erfindungsgemäß wird das Referenzsignal mit einer variablen Amplitude, die abhängig von der Größe der Nutzsignalamplitude ist, generiert, wenn der Nutzsignalamplitude größer ist als der untere Nutzsignalamplitudengrenzwert und der Nutzsignalamplitude kleiner ist als der obere Nutzsignalamplitudengrenzwert.

Erfindungsgemäß ist die Größe der Amplitude des Referenzsignals mit der variablen

Amplitude eine Funktion der Nutzsignalamplitude.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist und/oder umfasst eine Funktion der

Nutzsignalamplitude eine Bewertung des Notsignals (z.B. durch Tiefpassfilter),

Quadrieren des Nutzsignals, Bildung des Erwartungswertes des, vorzugsweise quadrierten und/oder gefilterten Nutzsignals, ein Vergleich des Erwartungswertes mit Schwellwerten eines Schalters, eine Bestimmung von Faktoren aus Schalter mit Werten zwischen [0,1], eine Glättung dieser Werte mit langer Zeitkonstante, und/oder eine Multiplikation der geglättete Werte mit dem Pilotton.

Zweckmäßigerweise wird das Referenzsignal derart gewählt, dass der Pilotton in einem derartigen Frequenzspektrum liegt, das er mit dem menschlichen Ohr nicht hörbar 3 ist. Vorzugsweise wird ein sinusférmiges Signal in einer Frequenz verwendet, die deutlich = 1u508163 kleiner als die Resonanzfrequenz des Lautsprechers ist.

Wie eingangs erwähnt, werden das Referenzsignal und ein Ergebnis der Messung des aufgenommenen Stroms zweckmäßigerweise einem mathematischen

Modell des Lautsprechers zugeführt und zum Betrieb des Lautsprechers weiterverarbeitet. Vom Output des Modells abweichende Werte werden in einer

Ausführungsform der Erfindung zur Linearisierung kompensiert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Antriebsparameter für den

Lautsprecher linearisiert, vorzugsweise nach Generierung des Referenzsignals.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren zur Erstellung von Betriebsparametern für den Lautsprecher, insbesondere Parametern zum Antreiben zumindest einer

Membran des Lautsprechers verwendet, bevorzugt im Zusammenhang mit einer

Linearisierung der Antriebsparameter.

Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, das Befehle aufweist, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.

Das Computerprogramm ist zweckmäßigerweise auf einem digitalen Signalprozessor, einen Datenträger, vorzugsweise RAM, ROM, CD oder dergleichen, oder einem Gerät, insbesondere einem Personalcomputer, einem Gerät mit eingebettetem Prozessor, vorzugsweise digitalen Signalprozessor, einem in ein Gerät eingebettetem Computer, einem Smartphone, gespeichertes Computerprogramm oder eine für die Übersendung über ein Rechnernetzwerk, insbesondere das Internet, geeignete,

Daten darstellende Signalfolge ist.

Das genannte Gerät kann ein Verstärker oder ein Lautsprecher sein oder das

Gerät kann einen Verstärker oder einen Lautsprecher umfassen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Datenträgersignal, welches das genannte

Computerprogramm überträgt. 4

Ferner betrifft die Erfindung einen digitalen Signalprozessor, auf dem das 1508163

Computerprogramm gespeichert ist, einen Audioverstärker, der einen digitalen

Signalprozessor umfasst, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist oder/und eine Beschallungseinheit, die einen Audioverstärker, der einen digitalen Signalprozessor umfasst, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, und einen Lautsprecher umfasst, der mit dem Audioverstärker verbunden ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung betrifft die Erfindung ein Kraft- fahrzeug, insbesondere Automobil, welches mit einer Beschallungs- einheit versehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und den beigefügten Zeichnungen, die sich auf das Ausführungsbeispiel beziehen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Verfahren nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren,

Fig. 3 ein Detail des Verfahrens nach Fig. 2,

Fig. 4 Details des Verfahrens nach Fig. 3 und

Fig. 5 Beispiele betreffend die Durchführung des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt schematisch, wie üblicherweise ein Referenzsignal AoSin(®(n)) zur Erzeugung eines Pilottons mit einem Nutzsignal Audio_in x;(n) addiert wird, um unabhängig vom

Nutzsignal das Nachführen von Lautsprecherantriebsparametern für eine Linearisierung zu ermöglichen. Insbesondere bei Wiedergabe eines tieffrequenten Nutzsignals mit großer Amplitude kann dies zu hörbaren Intermodulationseffekten führen und den

Bereich der Auslenkung einer Membran des Lautsprechers einschränken, der für die

Wiedergabe des Nutzsignals verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung, mit amplidutdenabhängiger Pilottonverwendung. Mit dem Nutzsignal Audio_in x(n) wird als Referenzsignal ein tieffrequentes Sinussignal AoSin(®(n) ) mit variabler Amplitude überlagert. Die Amplitude istdabei abhängig vom 1508163

Nutzsignal, insbesondere von dessen elektrischen Eigenschaften wie

Spannung, Stromstärke oder Leistung, und oder deren Pegel. Sie wird reduziert, wenn das Nutzsignal so stark ist, dass das Referenzsignal zum

Nachführen von Lautsprecherantriebsparametern für eine Linearisierung nicht oder nicht in vollem Umfang erforderlich ist. Nun steht der durch die

Linearisierung erweiterte Bereich der Membranauslenkung vollständig zur

Nutzung durch das Nutzsignal zur Verfügung. Die Reduzierung kann, wie unten näher anhand der Fig. 3 erläutert ist, abhängig von einer Amplitude

Pegel des Eingangssignals sein und in Funktion davon berechnet werden.

Eine solche Funktion kann bspw. eine Funktion der Nutzsignalamplitude eine

Bewertung des Notsignals (z.B. durch Tiefpassfilter), Quadrieren des

Nutzsignals, Bildung des Erwartungswertes des, vorzugsweise quadrierten und/oder gefilterten Nutzsignals, ein Vergleich des Erwartungswertes mit

Schwellwerten eines Schalters, eine Bestimmung von Faktoren aus Schalter mit Werten zwischen [0,1], eine Glättung dieser Werte mit langer

Zeitkonstante, und/oder eine Multiplikation der geglättete Werte mit dem

Pilotton sein und/oder umfassen.

Ferner kann ein unterer Grenzwert für den Nutzsignalamplitude vorgesehen sein.

Sofern die Amplitude des Nutzsignals unterhalb des Grenzwerts liegt, wird der

Pilotton mit einem für den Pilotton vorgesehenem Maximalamplitude ausgegeben, der zum Nachführen von Lautsprecherantriebsparametern für die

Linearisierung erforderlich ist.

Einoberer Grenzwert für den Nutzsignalamplitude kann vorgesehen sein, um einen Nutzsignalamplitudenbereich zu bilden, in welchem das Referenzsignal nicht erforderlich ist und lediglich das Nutzsignal weiterverwendet und linearisiert wird. Nach der Linearisierung wird an den Lautsprecher ein Ausgangsignal

Audio_out x,(n) ausgegeben.

Fig. 3 zeigt schematisch, wie die Signale unter „calc gain“ nach Fig. 2 verarbeitet werden können. Das Nutzsignal Audio_in x(n) wird mittels eines Tiefpassfilters gefiltert.

Eine durchschnittliche Leistung oder eine Intensität des gefilterten Signals wird über die

Zeit mittels eines RMS-Level-Detectors bestimmt, welcher die Werte (AT) und (RT) als 6

Faktoren eines Filters für jeweils die ansteigende oder fallende Flanke des quadrierten 1508163

Signals nutzt .Beim Überschreiten eines RMS-Schwellwertes wird ein Bewertungsfaktors von 1 mittels eines Schalters „switch“ heruntergeregelt. Fig. 4 zeigt als Beispiele einen

Hysteresis-Schalter (a) mit zwei Schwellwerten Th1, Th2. Alternativ kann ein Harter-

Schalter (b) mit nur einem Schwellwert oder ein Schalter mit geglättetem Übergang zwischen TH1, Th2 verwendet werden, hier gezeigt als

Schalter (c).

Mittels eine Glättungseinrichtung („smoother“) wird das vom Schalter ausgegebene Signal geglättet, um abrupte Übergänge zu vermeiden. Im vorliegenden Beispiel wird exponentiell geglättet, wobei ab unterschreiten eines

Schwellwertes von A1 (n) die Phase des Sinusgenerators zusätzlich auf Null gesetzt wird, um ein weicheres Einblenden des Sinussignals bei leisen Audiosignalen zu ermöglichen.

Fig. 5 zeigt für den Schalter c) nach Fig. 4 beispielhaft unter a) einen

Amplitudenverlauf des Nutzsignals Audio_in x;(n) sowie unter b) eine durchschnittliche Leistung oder eine Intensität des gefilterten Signals. In Fig. 5 c) istals durchgezogene Linie die ausgegebene Signalgröße SG vor der Glättung im „smoother" und als gestrichelte Linie die geglättete ausgegebene Funktion A4(n) dargestellt.

Wie den Grafiken zu entnehmen ist, wird nach einer Zeitdauer kurznach 6 Sekunden (sec) ein unterer Grenzwert Th1 der Leistung / Intensität erreicht und die ausgegebene maximale Signalgröße SG bis kurznach 7 Sekunden (sec) nach Erreichen des oberen

Grenzwerts Th2 auf 0 reduziert. Nachdem die Leistung / Intensität wieder untern den oberen Grenzwerts Th2 gesunken ist, wird die ausgegebene Signalgröße SG nach und nach gesteigert, bis sie bei Erreichen des unteren Grenzwerts Th1 wieder in maximal ausgegeben wird. In der Grafik ist zu erkennen, wie die geglättete ausgegebene

Funktion A; (n) der ausgegebenen Signalgröße SG nachläuft. 7

Claims

LU508163 10. Juli 2025 paragon GmbH & Co. KGaA M/PRG-038-LU lu508163 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere Tauchspulenlautsprechers, bei dem ein Referenzsignal zur Erzeugung eines Pilottons und ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Nutzsignals generiert wird, wobei eine Signalamplitude des Referenzsignals von der Nutzsignalamplitude abhängig ist, wobei das Referenzsignal mit einer für den Lautsprecher vorgesehenen Maximalpilottonamplitude generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude kleiner ist als ein unterer Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei das Referenzsignal mit einer Minimalpilottonamplitude generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude größer ist als ein oberer Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei die Minimalpilottonamplitude = 0 ist, wobei das Referenzsignal mit einer variablen Amplitude, die abhängig von der Größe der Nutzsignalamplitude ist, generiert wird, wenn die Nutzsignalamplitude größer ist als der untere Nutzsignalamplitudengrenzwert und die Nutzsignalamplitude kleiner ist als der obere Nutzsignalamplitudengrenzwert, wobei die Größe der Amplitude des Referenzsignals mit der variablen Amplitude eine Funktion der Nutzsignalamplitude ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren Antriebsparameter, insbesondere ein Antriebssignal, zur Beaufschlagung des Lautsprechers, erzeugt werden, wobei der Pilotton zur Linearisierung verwendet wird, wobei das Verfahren zur Erzeugung von Lautsprecherantriebsparametern, insbesondere eines Antriebssignals, mit dem Lautsprecher beaufschlagt wird, verwendet wird, wobei - Lautsprecherantriebsparameter linearisiert werden, vorzugsweise nach Generierung des Referenzsignals.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft, vorzugsweise einer Spannung, einer Stromstärke, einer Leistung und/oder eines Pegels, des Nutzsignals generiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 1508163 dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktion der Nutzsignalamplitude eine Bewertung des Nutzsignals

(z.B.durch Tiefpassfilter), Quadrieren des Nutzsignals, Bildung des Erwartungswertes des, vorzugsweise quadrierten und/oder gefilterten Nutzsignals, ein Vergleich des Erwartungswertes mit Schwellwerten eines Schalters, eine Bestimmung von Faktoren aus Schalter mit Werten zwischen [0,1], eine Glättung dieser Werte mit langer Zeitkonstante, und/oder eine Multiplikation der geglättete Werte mit dem Pilotton ist und/oder umfasst.

5. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.

6. Computerprogramm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem digitalen Signalprozessor, einen Datenträger, vorzugsweise RAM, ROM, CD oder dergleichen, odereinem Gerät, insbesondere einem Personalcomputer, einem Gerät mit eingebettetem Prozessor, vorzugsweise digitalen Signalprozessor, einem in ein Gerät eingebettetem Computer, einem Smartphone, gespeichertes Computerprogramm ist oder eine für die Übersendung über ein Rechnernetzwerk, insbesondere das Internet, geeignete, Daten darstellende Signalfolge ist.

7. Computerprogramm nach Anspruch 5oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Verstärker oder ein Lautsprecher ist oder dass das Gerät einen Verstärker oder einen Lautsprecher umfasst.

8. Datenträgersignal, welches das Computerprogramm nach Anspruch 5 überträgt.

9. Digitaler Signalprozessor, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist. 9

10. Audioverstarker, der einen digitalen Signalprozessor umfasst, auf dem das 1508163 Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist.

11. Beschallungseinheit, die einen Audioverstärker, der einen digitalen Signalprozessor umfasst, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist, und zumindest einen Lautsprecher umfasst, der mit dem Audioverstärker verbunden ist.

12. Kraftfahrzeug, insbesondere Automobil, welches mit einer Beschallungseinheit nach Anspruch 11 versehen ist.