LU508164B1 - Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere einen Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers linearisiert wird. Erfindungsgemäß wird das Nutzsignal frequenzabhängig gefiltert wird und lediglich ein gefilterter Anteil des Nutzsignals linearisiert. Zweckmäßigerweise wird das Nutzsignal mittels eines Hochpass- und/oder eines Tiefpassfilters gefiltert. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird lediglich ein Anteil des Nutzsignals linearisiert, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird.
Description
LU508164 10. Juli 2025 paragon GmbH & Co. KGaA M/PRG-036-LU 1u508164
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere einen Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein Nutzsignal zur
Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers linearisiert wird, wobei das
Nutzsignal frequenzabhängig gefiltert wird und lediglich ein gefilterter Anteil des
Nutzsignals linearisiert wird, wobei das Nutzsignal mittels eines Hochpass- und eines Tiefpassfilters, vorzugsweise eines Linwitz-Riley-Filters, gefiltert wird, wobei lediglich ein Anteil des Nutzsignals linearisiert wird, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, wobei ein Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, nicht linearisiert wird.
Esist durch Benutzung bekannt, Antriebsparameter für Tauchspulen-
Lautsprechern mittels einer digitalen Signalverarbeitung zu linearisieren, um den Klang zu verbessern. Die Linearisierung ist aufwendig und rechenintensiv, da diverse Parameter des Lautsprechers herangezogen werden, um die notwendigen Berechnungen durchzuführen.
Die US 2023/388684 A1, die US 2015/146890 A1 und die US 2019/200122 A1 offenbaren jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere
Tauchspulen-Lautsprechers, bei dem ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers linearisiert wird, wobei das Nutzsignal frequenzabhängig gefiltert wird und lediglich ein gefilterter Anteil des Nutzsignals linearisiert wird. Dabei wird das
Nutzsignal mittels eines Hochpassfilters und eines Tiefpassfilters gefiltert, wobei lediglich ein Anteil des Nutzsignals mittels einer Linearisierungseinheit linearisiert wird, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, wobei ein Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, nicht linearisiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die digitale
Signalverarbeitung erforderlichen Rechenaufwand zu verringern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Nutzsignal frequenzabhängig gefiltert wird und lediglich ein gefilterter Anteil des
Nutzsignals linearisiert wird, wobei das Nutzsignal mittels eines Hochpass- und eines Tiefpassfilters, vorzugsweise eines Linwitz-Riley-Filters, gefiltert wird,
wobei lediglich ein Anteil des Nutzsignals linearisiert wird, der von dem 1508164
Tiefpassfilter ausgegeben wird, wobei ein Anteil des Nutzsignals, der von dem
Hochpassfilter ausgegeben wird, nicht linearisiert wird, wobei der Anteil des
Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, zur Überlagerung mit dem Anteil des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, verzögert ausgegeben wird, wobei der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, derart verzégert ausgegeben wird, dass eine Verzögerung, die aufgrund einer Verarbeitung des von dem
Tiefpassfilterausgegeben Anteils des Nutzsignals erfolgt, ausgeglichen wird.
Um das genannte mathematische Modell zu betreiben und die Linearisierung durchzuführen, müssen diverse Parameter des Lautsprechers herangezogen werden, z. B. ein elektrischer Schwingspulen-Widerstand RE, schwingend bewegte Masse m, mechanische Reibung, Steifigkeit der Aufhängung KME, e.
Schwingspuleninduktivität Le und elektromagnetischer Kraftfaktor Bl.
Nichtlinearitäten jedes Parameters werden in Polynomen mit höherer Ordnung betrachtet, z. B.gemäß folgender Formel mit einem Polynom 4. Ordnung:
BL(x) = Blo + Blox +Bly*x? + BI3 + x? + BI4 + x*
Wird jeder der o. g. Parameter mit jeweils 4. Ordnung betrachtet, ergibt sich im vorliegenden Beispielein Rechenproblem 24. Ordnung. Der Rechenaufwand hängt von der Anzahl dafür nachzuführender Parameter und einer erforderlichen
Abtastrate zur Ermittlung der Parameter ab. Dank der Erfindung lässt sich der
Rechenaufwand erheblich verringern, da eine Linearisierung lediglich für einen
Anteil des Nutzsignal durchgeführt werden muss.
Erfindungsgemäß wird das Nutzsignal mittels eines Hochpass- und eines
Tiefpassfilters, vorzugsweise jeweilig eines Linwitz-Riley-Filters, gefiltert.
Erfindungsgemäß wird lediglich ein Anteil des Nutzsignals linearisiert, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird. Erfindungsgemäß wird ein Anteil des
Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, nicht linearisiert.
Eshat sich überraschend gezeigt, dass ein hochfrequenter Anteil des
Nutzsignals nicht unbedingt linearisiert werden muss. Dies erklärt sich damit, dass zu seiner Wiedergabe keine großen Membranauslenkungen 2 erforderlich sind und die Linearisierung deshalb nicht unbedingt erforderlich 1508164 ist. Da für den tieffrequenten Anteil lediglich geringe Abtastraten erforderlich sind, reduziert sich der Rechenaufwand zusätzlich.
Zweckmäßigerweise weist der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz in einem Bereich von 100-1 200 Hz, vorzugsweise von 250 - 1100 -Hz, besonders bevorzugt von 500 - 1000 Hz, auf.
Erfindungsgemäß wird der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, zur Überlagerung mit dem Anteil des Nutzsignals, der von dem
Tiefpassfilter ausgegeben wird, verzögert ausgegeben. Erfindungsgemäß wird der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, derart verzögert ausgegeben, dass eine Verzögerung, die aufgrund einer Verarbeitung des von dem
Tiefpassfilter ausgegeben Anteils des Nutzsignals erfolgt, ausgeglichen wird.
Vorzugsweise wird der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, mittels eines, vorzugsweise digitalen, Verzögerungsglieds verzögert ausgegeben.
In einer Ausführungsform der Erfindung eine Abtastrate F1 des Anteils des
Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, mittels eines
Datenratenkonverters verringert, vorzugsweise auf eine Abtastrate F2.
Zweckmäßigerweise wird die Abtastrate des von dem Tiefpassfilter ausgegebenen Anteils des Nutzsignals mittels des atenratenkonverters verringert, bevor der Anteil des Nutzsignals linearisiert wird. Vorzugsweise wird eine
Abtastrate des linearisierten Anteils des Nutzsignals mittels eines
Datenratenkonverters auf die Abtastrate F1 vergrößert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden der Anteil des
Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben und ggf. mittels des Delays weiterverarbeitet wird, und der Anteil des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben und ggf. weiterverarbeitet wird, zu einem digitalen Ausgabesignal überlagert.
Zweckmäßigerweise wird das digitale Ausgabesignal mittels eines
Verstärkers, der einen Digital-Analog-Umsetzer umfasst, verarbeitet.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Messgröße, die zur 3
Linearisierung herangezogen werden kann, insbesondere Strom und/oder eine 10508164
Spannung, mit welchem bzw. welcher der Lautsprecher betrieben wird und/oder der bzw. die durch ein von dem Verstärker ausgegebenes Analogsignal erzeugt wird, mittels eines Sensors gemessen. Alternativ wäre vorstellbar, eine Auslenkung einer Membran des Lautsprechers oder einen mittels des Lautsprechers erzeugten Schalldruck zu bestimmen.
Zweckmäßigerweise wird ein Messsignal des Sensors zur Verwendung bei der
Linearisierung mittels eines Delays verzögert und/oder eine Abtastrate des
Analogsignals mittels eines Datenratenkonverters auf die Abtastrate F2 verringert.
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, einem Mikrocontroller, einen Datenträger, vorzugsweise RAM,
ROM, CD oder dergleichen, oder einem Gerät, insbesondere einem
Personalcomputer, einem Gerät mit eingebettetem Prozessor, vorzugsweise digitalen Signalprozessor oder einem Mikrocontroller, 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
Gerätkann einen Verstärker oder einen Lautsprecher umfassen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Datenträgersignal, welches das genannte
Computerprogramm überträgt.
Ferner betrifft die Erfindung einen Prozessor, insbesondere digitalen
Signalprozessor oder Mikrocontroller, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, einen Audioverstärker, der einen digitalen Signalprozessor oder einem Mikrocontroller, umfasst, auf dem das Computerprogramm gespeichert istoder/und eine Beschallungseinheit, die einen Audioverstärker, der einen digitalen Signalprozessor oder einem Mikrocontroller, umfasst, auf dem das
Computerprogramm gespeichertist, und einen Lautsprecher umfasst, der mit dem Audioverstärker verbunden ist. 4
1u508164
In einer Weiterbildung der Erfindung betrifft die Erfindung ein
Kraftfahrzeug, insbesondere Automobil, welches mit einer
Beschallungseinheit versehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den beigefügten Zeichnungen, die sich auf das Ausführungsbeispiel beziehen, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Nutzsignal Audio_in x;(n)wird mittels eines Hochpassfilters 1 und eines
Tiefpassfilters 2 gefiltert, die beide durch Linwitz-Riley-Filtergebildet sein können.
Die Grenzfrequenzen der beiden Filter 1,2 betragen hier beispielhaft 800 Hz.
Der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter 1 ausgegeben wird, wird zur Überlagerung mit dem Anteil des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter 2 ausgegeben wird, mittels eines Verzögerungsglieds 3 verzögert ausgegeben derart, dass eine Verzögerung, die aufgrund einer Verarbeitung des von dem
Tiefpassfilter 2 ausgegeben Anteils des Nutzsignals erfolgt, ausgeglichen wird.
Eine Abtastrate F1 des Anteils des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter2 ausgegeben wird, wird mittels eines Datenratenkonverters 4 auf eine Abtastrate F2 verringert, bevor der Anteil des Nutzsignals mittels einer Linearisierungseinheit 5 linearisiert wird.
Beispielsweise kann F1 = 48 kHzund F2= 6 kHz betragen. Eine Abtastrate des linearisierten Anteils des Nutzsignals mittels eines Datenratenkonverters 6 auf die ursprüngliche Abtastrate F1 vergrößert. Der Anteil des Nutzsignals, der von dem
Hochpassfilter 1 nach der Verzögerung mittels des Verzögerungsglieds 3 ausgegeben wird, und der Anteil des linearisierten und verzögert ausgegebenen Nutzsignals aus dem
Tiefpassfilter 2 werden in einem Mischer 9 zu einem digitalen Ausgabesignal überlagert.
Das digitale Ausgabesignal wird mittels eines Verstärkers 10, der einen Digital-Analog-
Umsetzer umfasst, verarbeitet.
Zur Linearisierung wird Strom, mit welchem bzw. welcher ein Lautsprecher 12 betrieben wird, mittels eines Strommesssensors 11 gemessen. EinMesssignal des Strommesssensors 11 wird zur Verwendung bei der Linearisierung durch die Linearisierungseinheit 5 mittels eines weiteren Verzögerungsglieds 8 verzögert Analogsignals mittels eines
Datenratenkonverters 7 auf die Abtastrate F2 verringert, sodass die Information, die von dem Strommesssensor 11 erhalten werden, zur Linearisierung verwendet werden können.
Claims (18)
1. Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers, insbesondere eines Tauchspulen- lautsprechers, bei dem ein Nutzsignal zur Erzeugung von Klang mittels des Lautsprechers linearisiert wird, wobei das Nutzsignal frequenzabhängig gefiltert wird und lediglich ein gefilterter Anteil des Nutzsignals linearisiert wird, wobei das Nutzsignal mittels eines Hochpass- und eines Tiefpassfilters, vorzugsweise eines Linwitz-Riley-Filters, gefiltert wird, wobei lediglich ein Anteil des Nutzsignals linearisiert wird, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, wobei ein Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, nicht linearisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, zur Überlagerung mit dem Anteil des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben wird, verzögert ausgegeben wird, wobei der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, derart verzögert ausgegeben wird, dass eine Verzögerung, die aufgrund einer Verarbeitung des von dem Tiefpassfilter ausgegeben Anteils des Nutzsignals erfolgt, ausgeglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz in einem Bereich von 100-1200 Hz, vorzugsweise von 250- 1100 -Hz, besonders bevorzugt von 500 - 1000 Hz, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben wird, mittels eines, vorzugsweise digitalen, Verzégerungsglieds verzdgert ausgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtastrate F1 des Anteils des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter 6 ausgegeben wird, mittels eines Datenratenkonverters verringert wird, 1508164 vorzugsweise auf eine Abtastrate F2.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate des von dem Tiefpassfilter ausgegebenen Anteils des Nutzsignals mittels des Datenratenkonverters verringert wird, bevor der Anteil des Nutzsignals linearisiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtastrate des linearisierten Anteils des Nutzsignals mittels eines Datenratenkonverters auf die Abtastrate F1 vergrößert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Nutzsignals, der von dem Hochpassfilter ausgegeben und ggf. mittels des Delays weiterverarbeitet wird, und der Anteil des Nutzsignals, der von dem Tiefpassfilter ausgegeben und ggf. weiterverarbeitet wird, zu einem digitalen Ausgabesignal überlagert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Ausgabesignal mittels eines Verstärkers, der einen Digital- Analog-Umsetzer umfasst, verarbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom und/oder eine Spannung, mit welchem bzw. welcher der Lautsprecher betrieben wird und/oder der bzw. die durch ein von dem Verstärker ausgegebenes Analogsignal erzeugt wird, mittels eines Sensors gemessen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignal des Sensors zur Verwendung bei der Linearisierung mittels eines Delays verzögert und/oder eine Abtastrate des Analogsignals mittels eines 7
Datenratenkonverters auf die Abtastrate F2 verringert wird. 1508164
11. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
12. Computerprogramm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm 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 ist oder eine für die Übersendung über ein Rechnernetzwerk, insbesondere das Internet, geeignete, Daten darstellende Signalfolge ist.
13. Computerprogramm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Verstärker oder/und ein Lautsprecher ist oder dass das Gerät einen Verstärker und/oder einen Lautsprecher umfasst.
14. Datenträgersignal, welches das Computerprogramm nach Anspruch 11 überträgt.
15. Prozessor, insbesondere digitaler Signalprozessor oder einem Mikrocontroller, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
16. Audioverstärker, der einen Prozessor, insbesondere digitalen Signalprozessor oder einem Mikrocontroller, umfasst, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
17. Beschallungseinheit, die einen Audioverstärker, der einen digitalen Signalprozessor umfasst, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist, und einen Lautsprecher umfasst, der mit dem Audioverstärker verbunden ist. 8
18. Kraftfahrzeug, insbesondere Automobil, welches mit einer Beschallungseinheit 1508164 nach Anspruch 17 versehen ist. 9
Priority Applications (3)
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| DE102025134465.5A DE102025134465A1 (de) | 2024-09-02 | 2025-08-28 | Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechers |
| US19/313,362 US20260067619A1 (en) | 2024-09-02 | 2025-08-28 | Method for operating a speaker |
Applications Claiming Priority (1)
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- 2025-08-28 DE DE102025134465.5A patent/DE102025134465A1/de active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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