DE2726714A1

DE2726714A1 - Audio amplifier with compensation for ear response - has frequency dependent feedback network with attenuation increasing with frequency up to given frequency and then held constant

Info

Publication number: DE2726714A1
Application number: DE19772726714
Authority: DE
Inventors: Ronald Dipl Ing Zech
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1979-01-04

Abstract

The AF amplifier has frequency-dependent feedback to compensate for the ear's loudness dependent frequency response. The feedback loop uses an electronic network with frequency-dependent damping up to a given frequency, with the clamping remaining constant for frequencies above this given frequency. The network pref. comprises a low-pass filter and a divider network with a max. damping at the given frequency. Pref. the signal to be amplified is supplied to the amplifier via an input network for linear pre-equalisation of the input signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen NF-Verstärker mitThe present invention relates to an audio amplifier with

frequenzabhängiger Gegenkopplung zur gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung und in seinem gegengekoppelten Teil einstellbarer Streckenverstärkung.Frequency-dependent negative feedback for aurally correct volume setting and adjustable path gain in its counter-coupled part.

Beim Aufbau elektroakustischer Anlagen, insbesondere bei der Entwicklung von NF-Verstärkern, ist zu beachten, daß mit dem menschlichen Ohr bei kleinen Lautstärken überwiegend die mittleren Tonfrequenzen zu hören sind, während die höheren und die tieferen Tonlagen nur unzureichend wahrgenommen werden. Würde nun eine Änderung der Streckenverstärkung eines NF-Verstärkers dessen Ubertragungsfaktor von der Frequenz unabhängig im ganzen Frequenzbereich gleichmäßig beeinflussen, beispielsweise verringern, so wäre es möglich, daß tiefere und höhere Tonfrequenzen nicht mehr wahrgenommen werden können, während die mittleren Tonfrequenzen mit dem menschlichen Ohr noch gehört werden.When setting up electroacoustic systems, especially during development of LF amplifiers, it should be noted that with the human ear at low volume levels predominantly the middle sound frequencies can be heard, while the higher and the lower pitches are only inadequately perceived. Would a change now the line gain of an LF amplifier is its transmission factor from the frequency independently affect evenly across the entire frequency range, e.g. reduce, so it would be possible that lower and higher sound frequencies are no longer perceived can be while the middle sound frequencies with the human ear are still be heard.

Zur Vermeidung dieser unerwünschten und physiologisch bedingten Klangverfälschungen ist es bekannt, den Ubertragungsfaktor eines NF-Verstärkers durch frequenzabhängige Gegenkopplung zu beeinflussen.To avoid these undesirable and physiologically caused sound distortions it is known that the transmission factor of an LF amplifier by frequency-dependent To influence negative feedback.

So wird in der DT-AS 1 287 143 eine Schaltungsanordnung zur gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung eines Verstärkers mit einer in ihrer Frequenzabhängigkeit von der Lautstärkeeinstellung abhängigen Gegenkopplung beschrieben. Dabei ist zur Lautstärkeeinstellung am Eingang des Verstärkers ein veränderbares Widerstandsnetzwerk vorgesehen, welches darüber hinaus einen notwendigen Bestandteil des Gegenkopplungsnetzwerkes bildet. Das veränderbare Widerstandsnetzwerk erfüllt somit eine Doppelfunktion. Mit diesem werden gleichzeitig die Lautstärke und die Gegenkopplung beeinflußt.Thus, in the DT-AS 1 287 143 a circuit arrangement for the aurally correct Volume setting of an amplifier with one in its frequency dependence the negative feedback dependent on the volume setting. It is for Volume setting on Input of the amplifier a changeable one Resistance network provided, which is also a necessary component of the negative feedback network. The changeable resistor network fulfills thus a double function. With this the volume and the Affected negative feedback.

Schaltungsanordnungen dieser Art zur physiologischen Klangregelung von NF-Verstärkern besitzen einige Nachteile. So ist mit Ihnen eine optimale gehörrichtige Lautstärkeeinstellung nicht möglich, da mit dem veränderbaren Widerstandsnetzwerk zur Lautstärkeeinstellung zugleich die Gegenkopplung in vorbestimmter Weise verändert werden muß. Damit muß das veränderbare Widerstandsnetzwerk sowohl auf den NF-Verstärker als auch auf den Gegenkopplungszweig, da der Gegenkopplungsfaktor explizit von der Streckenverstärkung des NF-Verstärkers in gewünschter Weise abhängen soll, abgestimmt sein. Diese beiden Forderungen werden sich im allgemeinen nicht gleichzeitig erfüllen lassen. Ferner läßt sich ein derartiges Schaltungskonzept nicht auf vorhandene als integrierte Schaltungen aufgebaute NF-Verstärker, deren Lautstärkeeinstellung mit Hilfe einer extern zuführbaren Steuerspannung erfolgt, anwenden.Circuit arrangements of this type for physiological tone control of LF amplifiers have some disadvantages. So with you is an optimal aurally accurate Volume adjustment not possible because of the changeable resistor network to adjust the volume at the same time the negative feedback changed in a predetermined manner must become. This means that the changeable resistor network must be used both on the LF amplifier as well as on the negative feedback branch, since the negative feedback factor explicitly depends on the Line gain of the LF amplifier should depend in the desired manner, tuned be. In general, these two requirements will not be met at the same time permit. Furthermore, such a circuit concept cannot be applied to existing as integrated circuits built-up audio amplifier, their volume setting with Using an externally supplied control voltage.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen NF-Verstärker der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, der in seinen Klangeigenschaften im physiologischen Sinne geregelt ist und bei dem diese physiologische Klangregelung unabhängig von der Lautstlirkeeinstellung des NF-Verstärkers ist.It is therefore the task of an LF amplifier of the initially to develop the type mentioned, which in its sound properties in the physiological Senses is regulated and in which this physiological tone regulation is independent of the volume setting of the audio amplifier.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß im Gegenkopplungszweig ein elektronisches Netzwerk mit frequenzabhängiger Dämpfung angeordnet ist und die Dämpfung dieses Netzwerks bis zu einer vorbestimmten Sollfrequenz f mit der Frequenz zunimmt.According to the present invention, this object is achieved by that in the negative feedback branch an electronic network with frequency-dependent attenuation is arranged and the attenuation of this network up to a predetermined target frequency f increases with frequency.

0 Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft die Dämpfung des Netzwerks von der vorbestimmten Sollfrequenz f ab bei 0 zunehmender Frequenz im wesentlichen konstant. 0 runs in an advantageous embodiment of the invention the attenuation of the network increases from the predetermined setpoint frequency f ab at 0 Frequency essentially constant.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Netzwerk aus einem Tiefpaß und einem diesem Tiefpaß nachgeschaltetem Teilnetzwerk besteht.This can be achieved in that the network consists of a low-pass filter and a sub-network downstream of this low-pass filter.

Dabei sollte die Grenzfrequenz des Tiefpasses größenordnungsmäßig mit der Sollfrequenz f übereinstimmen.The cutoff frequency of the low pass should be of the order of magnitude match the setpoint frequency f.

0 Ferner sollte die Dämpfung des Teilnetzwerks in der Weise von der Frequenz abhängen, daß sie bei der Sollfrequenz f ein Maximum 0 aufweist. 0 Furthermore, the attenuation of the subnetwork should be in the manner of the Frequency depend that it has a maximum of 0 at the desired frequency f.

Bei einer Anordnung der soeben beschriebenen Art ist die Gegenkopplung bei niedrigeren Frequenzen größer als bei mittleren und höheren Frequenzen.In an arrangement of the type just described, there is negative feedback greater at lower frequencies than at medium and higher frequencies.

Soll jedoch die Gegenkopplung bei höheren Frequenzen als f größer 0 sein, so ist es von Vorteil, wenn auf den Tiefpaß verzichtet wird und das Netzwerk eine Dämpfung aufweist, die von der vorbestimmten Sollfrequenz fo ab mit zunehmender Frequenz abnimmt.However, the negative feedback should be greater at frequencies higher than f 0, it is advantageous if the low-pass filter and the network are not used has an attenuation that increases from the predetermined setpoint frequency fo with increasing Frequency decreases.

Ferner ist es denkbar, das Netzwerk als Bandsperre auszubilden.It is also conceivable to design the network as a bandstop filter.

Zur Anpassung des NF-Verstärker an einen gewünschten Gesamtfrequenzgang ist es von Vorteil, wenn die zu verstärkenden Signale über ein Eingangsnetzwerk an den NF-Verstärker geführt sind und die zu verstärkenden Signale durch dieses Eingangsnetzwerk entsprechend dem gewünschten Gesamtfrequenzgang linear vorverzerrbar sind.To adapt the LF amplifier to a desired overall frequency response it is advantageous if the signals to be amplified are via an input network to the LF amplifier and the signals to be amplified through this Input network linearly predistortable according to the desired overall frequency response are.

Nachfolgend wird die Erfindung an den Figuren 1 und 2 näher erläutert.The invention is explained in more detail below using FIGS. 1 and 2.

Dabei zeigt die Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Blockschaltbild. In Figur 2 ist ein möglicher Aufbau eines im Gegenkopplungszweig des NF-Verstärkers angeordneten elektronischen Netzwerks mit frequenzabhängiger Dämpfung dargestellt.FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention in a block diagram. FIG. 2 shows a possible structure of a negative feedback branch of the LF amplifier arranged electronic network with frequency-dependent Attenuation shown.

In Figur 1 wird eine erfindungagemäße Schaltungsanordnung an einem in seiner Streckenverstärkung einstellbaren NF-Verstärker 1 erläutert.In FIG. 1, a circuit arrangement according to the invention is shown on a LF amplifier 1, which can be set in its line gain, is explained.

Dieser Verstärker weist ohne Beschränkung der Allgemeinheit einen nicht invertierenden Eingang 6 und einen invertierenden Eingang 7 auf. Die zu verstärkenden Signale gelangen über ein Eingangsnetzwerk 5 an den nicht invertierenden Eingang 6. Im Eingangsnetzwerk 5 werden die zu verstärkenden Signale entsprechend dem gewünschten Gesamtfrequenzgang der Schaltungsanordnung linear vorverzerrt. Mit Hilfe des Eingangsnetzwerks 5 läßt sich die gesamte Schaltungsanordnung in ihrem Frequenzgang an andere Systeme, beispielsweise ein Lautsprechersystem, anpassen. Zur Änderung seiner Streckenverstärkung weist der NF-Verstärker 1 einen Steuereingang 8 auf, an den beispielsweise eine Steuerspannung gelegt werden kann. Die am Ausgang 9 des NF-Verstärkers 1 auftretenden tonfrequenten Signalspannungen werden auf erfindungsgemäße Weise über das elektronische Netzwerk 2 mit frequenzabhängiger Dämpfung an den invertierenden Eingang 7 des NF-Verstärkers 1 geführt und somit gegengekoppelt.This amplifier has one without loss of generality non-inverting input 6 and an inverting input 7. The ones to be reinforced Signals reach the non-inverting input via an input network 5 6. In the input network 5, the signals to be amplified are in accordance with the desired Overall frequency response of the circuit arrangement linearly pre-distorted. With the help of the input network 5, the entire circuit arrangement can be used in its frequency response to other systems, for example a speaker system. To change his route gain shows the LF amplifier 1 has a control input 8 to which, for example, a control voltage can be laid. The audio frequencies occurring at the output 9 of the LF amplifier 1 Signal voltages are generated in a manner according to the invention via the electronic network 2 with frequency-dependent damping to the inverting input 7 of the LF amplifier 1 out and thus counter-coupled.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäß eingesetztes frequenzabhängiges Netzwerk 2 näher dargestellt. Dabei bilden der Widerstand 31 und der Kondensator 32 den Tiefpaß 3. Die Widerstände 41, 42, 45 und die Kondensatoren 43, 44 und 46 bilden das Teilnetzwerk 4, welches bei der vorbestimmten Sollfrequenz f die Signale maximal bedämpft.FIG. 2 shows a frequency-dependent one used according to the invention Network 2 shown in more detail. Here, the resistor 31 and the capacitor form 32 the low-pass filter 3. The resistors 41, 42, 45 and the capacitors 43, 44 and 46 form the sub-network 4, which the signals at the predetermined target frequency f maximum damped.

o Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände und Kondensatoren läßt es sich in an sich bekannter Weise erreichen, daß die Dämpfung des Teilnetzwerks bei der vorbestimmten Sollfrequenz f ein Maximum 0 annimmt. Zur Erzielung einer maximalen Dämpfung ist es von Vorteil, wenn die Widerstände 41 und 42 und die Kondensatoren 43 und 44 jeweils untereinander gleich sind, der Widerstand 45 halb so groß ist wie die Widerstände 41 und 42, und der Kondensator 46 im Kapazitätswert doppelt so groß ist, wie die Kondensatoren 43 und 44. o By suitably dimensioning the resistors and capacitors it can be achieved in a manner known per se that the attenuation of the subnetwork assumes a maximum of 0 at the predetermined setpoint frequency f. To achieve a maximum attenuation, it is advantageous if the resistors 41 and 42 and the capacitors 43 and 44 are equal to each other, the resistance 45 is half as large like resistors 41 and 42, and capacitor 46 double in capacitance value is as large as the capacitors 43 and 44.

Bei einem in der Figur 2 erläuterten Netzwerk ist die Gegenkopplung bei niedrigen Frequenzen größer als bei mittleren und bei höheren Frequenzen. Soll jedoch die Gegenkopplung auch bei Frequenzen, die oberhalb der Sollfrequenz f liegen, gröBer sein, so kann beispiels-0 weise auf den aus dem Widerstand 31 und dem Kondensator 32 aufgebauten Tiefpaß verzichtet werden.In the case of a network explained in FIG. 2, there is negative feedback greater at low frequencies than at medium and higher frequencies. Intended to however, the negative feedback also at frequencies that are above the nominal frequency f, be larger, for example, the value of the resistor 31 and the capacitor 32 built-up low-pass filter can be dispensed with.

Der Ubertragungsfaktor G eines gegengekoppelten Verstärkers hängt mit der Streckenverstärkung s des NF-Verstärkers und dem Gegenkopplungsfaktor R über die Formel s G = 1 + Rs zusammen. Dabei ist der frequenzabhängige Gegenkopplungsfaktor R durch die Eigenschaften des Netzwerks 2 eindeutig bestimmt. Dieser Formel ist zu entnehmen, daß der Übertragungsfaktor G bei einem großen Gegenkopplungsfaktor R offenbar in wesentlich geringerem Maße von der Streckenverstärkung s abhängt als dies bei einem kleineren Gegenkopplungsfaktor R der Fall ist.The transmission factor G of a negative feedback amplifier depends with the system gain s of the LF amplifier and the negative feedback factor R. using the formula s G = 1 + Rs together. Here is the frequency-dependent negative feedback factor R clearly determined by the properties of the network 2. This formula is it can be seen that the transfer factor G with a large negative feedback factor R obviously depends on the system gain s to a much lesser extent than this is the case with a smaller negative feedback factor R.

Bei einem erfindungsgemäß gegengekoppeltem NF-Verstärker ist der Gegenkopplungsfaktor R gerade bei den, tiefen Tonlagen entsprechenden, niedrigeren Frequenzen relativ groß. Dadurch wirken sich Änderungen der Streckenverstärkung im Bereich der niedrigen Frequenzen auf den Übertragungsfaktor G nur geringfügig aus. Bei der vorbestimmten Sollfrequenz fO, die bei etwa 1 kllz liegen sollte, ist die Dämpfung des Netzwerks 2 sehr groß und damit der zugehörige Gegenkopplungsfaktor R sehr klein. Somit wirken sich im mittleren Frequenzbereich um die Sollfrequenz f Änderungen in der Streckenverstärkung s in 0 stärkerem MaBe auf den Übertragungsfaktor G aus.In the case of an LF amplifier with negative feedback according to the invention, the negative feedback factor is R is relative especially at the lower frequencies corresponding to the lower pitches great. This means that changes in the line gain in the low range have an effect Frequencies on the transfer factor G only slightly. At the predetermined The nominal frequency fO, which should be around 1 kHz, is the attenuation of the network 2 is very large and the associated negative feedback factor R is therefore very small. So work there are changes in the system gain in the middle frequency range around the setpoint frequency f s to a greater extent on the transfer factor G.

Durch entsprechende Dimensionierung des Netzwerks 2 kann es erreicht werden, daß der Gegenkopplungsfaktor R bei Frequenzen oberhalb der Sollfrequenz f zwischen den Werten bei tiefen Frequenzen und bei 0 der Sollfrequenz f0 liegt. In diesem Fall wirken sich Änderungen in der Streckenverstärkung 8 auf den Übertragungsfaktor G bei tiefen Tonfrequenzen am geringsten aus, während der Einfluß dieser Änderungen bei hohen Tonfrequenzen mittelmäßig und bei der Sollfrequenz f 0 maximal ist.It can be achieved by appropriate dimensioning of the network 2 be that the negative feedback factor R at frequencies above the target frequency f lies between the values at low frequencies and at 0 the setpoint frequency f0. In this case, changes in the route reinforcement 8 has the lowest effect on the transmission factor G at low audio frequencies, while the influence of these changes at high audio frequencies is mediocre and at the target frequency f 0 is maximal.

Erfindungsgemäße NF-Verstärker zeichnen sich durch eine gehörrichtige Lautstärkeeinstellung aus, d. h. in Abhängigkeit von der Absenkung der Lautstärke werden die tiefen Tonfrequenzen und in geringerem wählbaren Maß die hohen Tonfrequenzen bezogen auf die Lautstärke bei einer mittleren Sollfrequenz scheinbar angehoben. Dadurch wird ein physiologisch richtiger Klangeindruck gewährleistet. Dieser Effekt wird unabhängig von der Einstellung der Streckenverstärkung des NF-Verstärkers erzielt. Damit ist insbesondere auch eine physiologische Klangregelung bei vorhandenen modernen, in integrierter Technik hergestellten NF-VeratArkern, deren Lautstärkeeinstellung beispielsweise über eine extern zuführbare Steuerspannung erfolgt, möglich. Die Erfindung läßt sich tarüber hinaus auf nahezu alle bekannten NF-Verstärker anwenden.LF amplifiers according to the invention are distinguished by an aurally accurate Volume setting off, d. H. depending on the decrease in volume become the low tone frequencies and, to a lesser extent, the high tone frequencies apparently increased in relation to the volume at a medium setpoint frequency. This ensures a physiologically correct sound impression. This effect is achieved regardless of the setting of the line gain of the LF amplifier. In particular, this also enables physiological tone control in existing modern, NF-VeratArkern manufactured using integrated technology, their volume setting takes place, for example, via an externally supplied control voltage. the In addition, the invention can be applied to almost all known AF amplifiers.

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Claims

LF amplifier claims LF amplifier with frequency dependent Negative feedback for aurally correct volume control and in its negative feedback Part of adjustable path gain, characterized in that in the negative feedback branch an electronic network (2) with frequency-dependent damping is arranged, its attenuation up to a predetermined target frequency f with the frequency to-0 takes.

2. NF amplifier according to claim 1, characterized in that the Attenuation of the network (2) from the predetermined setpoint frequency f with increasing Frequency is essentially constant. 0

3. NF amplifier according to the claims 1 and 2, characterized in that the network (2) consists of a low-pass filter (3) and a sub-network (4) connected downstream of this low-pass filter (3).

4. NF amplifier according to claims 1 to 3, characterized in that that the cutoff frequency of the low-pass filter (3) is of the order of magnitude with the setpoint frequency fo matches.

5. NF amplifier according to claims 1 to 4, characterized in that that the attenuation of the sub-network (4) depends on the frequency and at the target frequency f has a maximum of 0.

6. NF amplifier according to claim 1, characterized in that the Attenuation of the network (2) from the predetermined setpoint frequency f with increasing Frequency decreases.

0 7. NF amplifier according to claim 1, characterized in that the Network (2) is designed as a bandstop filter.

8. NF amplifier according to claims 1 to 5 or 1 and 6 or 1 and 7, characterized by an input network (5) that carries the signals to be amplified linearly pre-distorted according to the desired overall frequency response.