Analogtipp Smarter Verstärker für Mikro-Lautsprecher

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Mikro-Lautsprecher sind getrieben durch die Entwicklungen bei Smartphones auch im industriellen Umfeld angekommen. DSM-Lautsprecherverstärker erreichen eine höhere Lautstärke und einen besseren Bass, ohne dabei die thermischen oder mechanischen Grenzen des Lautsprechers zu überschreiten.

Barcode-Scanner und am Körper tragbare Computer (Wearable Computer) liefern verschiedene Töne, mit denen sie mit ihren Bedienpersonen kommunizieren: zum Beispiel einen Rückmeldeton, wenn ein Barcode korrekt gelesen wird, einen anderen Ton für einen nicht korrekt gelesenen Barcode und einen weiteren, wenn ein Lagerist allen Kollegen auf ihren Geräten mitteilt, dass eine neue Lieferung im Eingangsbereich des Lagers angekommen ist.

Allerdings sind Fabriken und Lagerhallen laut. Eine Kommunikation in solchen Umgebungen kann deshalb manchmal sehr schwer sein. Viele Jahre wurden hierzu verschiedene Arten von Lautsprechern entwickelt und eingesetzt, bei denen die Größe des Akkus und des Gehäuses keine Rolle spielte. Die jüngsten Entwicklungen bei Multifunktions-Barcodescannern und mobilen Computern sowie am Körper tragbaren Computern benötigen jedoch eine hohe Akkulaufzeit und kleine Gesamtgröße der Endgeräte. Die Integration eines großen und leistungsstarken Lautsprechers in ein tragbares Gerät, das kleiner als eine Handfläche ist, wird damit zu einer großen Herausforderung! Bild 1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen Lautsprechers.

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Mittlerweile ersetzen hier sogenannte Mikro-Lautsprecher traditionelle Lautsprecher. Sie bieten eine vergleichbare Klangreinheit in einem wesentlich kleineren Formfaktor (Bild 3).

Mikro-Lautsprecher wurden auch rasch in automatische Datenerfassungsgeräte integriert und haben damit schnell ältere Techniken für portable Lösungen ersetzt. Natürlich bieten kleine Lautsprecher nur eine begrenzte Leistung, die zwischen einigem hundert Milliwatt bis zu 1 bis 2 W liegt. Das Wärmemanagement und ein brillanter Klang sind besonders wichtig, wenn solche Lautsprecher in einem kleinen Gehäuse mit nur eingeschränkter Wärmeableitung montiert sind und nahe an ihren Leistungsgrenzen betrieben werden: Die Wärmeableitung (wie heiß die Schallwandler werden können, bevor sie schmelzen) ist essentiell; die mechanische Beanspruchung durch die höheren Leistungspegel verursacht oft einen schlechten Klang und Brummen.

Analog Devices hat dafür einen neuen Verstärkertyp mit dynamischem Lautsprechermanagement (Dynamic Speaker Management – DSM) entwickelt. Der DSM-Verstärker MAX98390 erzeugt eine bis zu 2,5-fach höhere Lautstärke und tiefere Bässe bei niedrigem Stromverbrauch. Wie erreicht man dies?

Modellierung in Echtzeit: Der Verstärker für den Mikro-Lautsprecher verwendet einen integrierten DSP, um die Informationen über die Schallwandler und den Gleichstromwiderstand des Lautsprechers zu speichern sowie eine I/V- Rückkopplungsschleife am Lautsprecher, um Membranauslenkungen und thermische Grenzen zu überwachen. Damit wird das Ausgangsprofil des Lautsprechers dynamisch angepasst, um den Schalldruckpegel auch über die Grenzwerte hinaus zu erweitern, ohne den Lautsprecher zu beschädigen.

Übersteuerungsregelung: Dank des integrierten Aufwärtswandlers kann der Mikro-Lautsprecher bis an seine mechanischen Grenzen und maximalen Ausgangsleistungspegel getrieben werden, und das bei einem sehr niedrigen Stromverbrauch.

Temperaturbegrenzung: Die I/V-Regelung ermöglicht die volle Kontrolle über den Mikro-Lautsprecher, selbst wenn er an seine thermischen Grenzen stößt: Der Sound wird lauter und klarer, ohne dass der Lautsprecher die empfohlenen thermischen Grenzwerte überschreitet.

Bass-Verstärkung: Der DSM-Verstärker nutzt statt statischer dynamische und adaptive Filter, um die Lautstärke und die Reaktion des Lautsprechers bei dem spezifischen Lautstärkepegel zu steuern: tiefe Frequenzen werden perfekt ausgesteuert, während unerwünschte Geräusche wie Klirren und Brummen des Mikro-Lautsprechers im Inneren des Gehäuses eliminiert werden.

Fazit: DSM-Verstärker nutzen eine Strom- und Spannungs-Rückkopplung (I/V) und integrieren einen Lautsprecher-Schutzalgorithmus in den DSP. Durch den patentierten DSM-Algorithmus und die I/V-Rückkopplung erreichen die Verstärker eine höhere Lautstärke und einen besseren Bass, ohne dabei die thermischen oder mechanischen Grenzen des Lautsprechers zu überschreiten. Die Kommunikation von Lagerarbeitern und die Rückmeldetöne sind damit klarer als je zuvor, mit einem Klang, der sowohl das Equipment schützt als auch die Batteriebetriebszeit verlängert. (kr)

* Alessandro Vinco ist Systemanwendungsingenieur intelligente Infrastruktur bei Analog Devices in Limerick / Irland. Brian Condell ist Applikationsingenieur I/O-Link im Bereich Industrial Connectivity & Control bei Analog Devices in Limerick / Irland..

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