BE1021779B1

BE1021779B1 - AUDIO AMPLIFIER WITH A DIGITAL SIGNAL PROCESSOR AND DIGITAL POWER SUPPLY AND ADJUSTMENT OF SUCH AUDIO AMPLIFIER

Info

Publication number: BE1021779B1
Application number: BE2013/0738A
Authority: BE
Inventors: Wim Corten; Tom Blondeel; Tom Gheysens; Koen Claerbout
Original assignee: APART AUDIO naamloze vennootschap; AUDIOPROF, naamloze vennootschap
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2016-01-18

Abstract

Audioversterker met: - een DSP met compressor (9) en limiter (10) met een ingestelde threshold (B,A); een digitale voeding (17) met een' overstroombeveiliging; waarbij de limiter (10) is ingesteld om een signaal te begrenzen tot een ingestelde threshold (B) en met een attacktijd die korter is dan de reactietijd van de voeding (17), terwijl -de compressor (9) is ingesteld met eep~ attacktijd die langer is dan de attacktijd van de limiter (10) en •is"ingesteld om het signaal van de DSP (6) actief af te zwakken tot een niveau onder de ingestelde threshold (A) van de compressor (9).Audio amplifier with: - a DSP with compressor (9) and limiter (10) with a set threshold (B, A); a digital power supply (17) with an overcurrent protection; where the limiter (10) is set to limit a signal to a set threshold (B) and with an attack time shorter than the response time of the power supply (17), while - the compressor (9) is set with eep ~ attack time longer than the attack time of the limiter (10) and • is set to actively attenuate the signal from the DSP (6) to a level below the set threshold (A) of the compressor (9).

Description

Audioversterker met een digitale signaalprocessor en digitale voeding en instelling van zulke audioversterker.Audio amplifier with a digital signal processor and digital power supply and setting of such audio amplifier.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een audioversterker.The present invention relates to an audio amplifier.

Audioversterkers zijn bedoeld om een analoog ingangssignaal van een audiobron te versterken voor het aansturen van luidsprekers en het behandelen van het ingangssignaal voor het bekomen van een hifi geluid uit de luidsprekers.Audio amplifiers are intended to amplify an analog input signal from an audio source for controlling speakers and handling the input signal for obtaining a hi-fi sound from the speakers.

De huidige uitvinding heeft meer speciaal betrekking op een audioversterker van het type met een digitale signaalprocessor, afgekort DSP, en een digitale voeding, waarbij de DSP niet noodzakelijk wordt gecontroleerd door een microprocessor.The present invention more particularly relates to an audio amplifier of the type with a digital signal processor, abbreviated DSP, and a digital power supply, wherein the DSP is not necessarily controlled by a microprocessor.

Zulk type audioversterker is reeds bekend en is doorgaans voorzien van: een digitale signaalprocessor, afgekort DSP, bevattende: - een analoog-digitaal convertor, afgekort ADC; - een zogenaamde compressor en limiter bedoeld voor het afzwakken van een ingangssignaal wanneer dit boven een ingestelde drempelwaarde of threshold komt en dit na verloop van een reactietijd of zogeheten attacktijd; - een digitaal-analoog convertor, afgekort DAC; - gevolgd door een vermogenversterker om het analoog signaal van de DAC te versterken voor het aansturen van de luidspreker, een digitale voeding voor de voeding van de vermogenversterker met een overstroombeveiliging die de voeding uitschakelt wanneer de geleverde stroom, een ingestelde waarde overschrijdt gedurende een bepaalde reactietijd.Such type of audio amplifier is already known and is generally provided with: a digital signal processor, abbreviated DSP, comprising: - an analog-digital converter, abbreviated ADC; - a so-called compressor and limiter intended for weakening an input signal when it exceeds a set threshold value or threshold and this after the lapse of a reaction time or so-called attack time; - a digital-to-analog converter, abbreviated DAC; - followed by a power amplifier to amplify the analog signal from the DAC for controlling the loudspeaker, a digital power supply for the power amplifier with an overcurrent protection that switches off the power supply when the power supplied exceeds a set value during a certain reaction time .

Een digitale voeding staat ook bekend als "switched mode power supply" of afgekort als SMPS.A digital power supply is also known as "switched mode power supply" or abbreviated as SMPS.

Digitale voedingen worden door het systematisch duurder worden van de metaalprijzen en het verhogen van vermogens van de versterkers meer en meer toegepast ter vervanging van de klassieke transformatoren.Digital power supplies are being used more and more frequently as a result of the systematic increase in the price of metal and the power of the amplifiers to replace the traditional transformers.

Dergelijke digitale voedingen hebben echter een overstroombeveiliging nodig die zo is ingesteld dat het maximale vermogen van de voeding bij een bepaalde Ohmse belasting van bijvoorbeeld 4 Ohm van de luidsprekers niet overschreden wordt.Such digital power supplies, however, require an overcurrent protection that is set in such a way that the maximum power of the power supply is not exceeded with a certain ohmic load of, for example, 4 ohm from the speakers.

Zulke digitale voeding reageert doorgaans zeer snel met een korte reactietijd van de grootteorde van bijvoorbeeld 1 milliseconde. Deze reactietijd staat ook wel bekend onder de benaming "headroom".Such a digital power supply usually responds very quickly with a short reaction time of the order of magnitude of, for example, 1 millisecond. This reaction time is also known as "headroom".

Toepassing van een digitale voeding in een audioversterker biedt echter het nadeel dat, indien het ingangssignaal van de versterker te groot wordt, bijvoorbeeld bij een plots pieksignaal zoals een slag op een snaardrum of bij het stijgen van het geluid tijdens een verhitte discussie in een meeting of dergelijke, het versterkt uitgangssignaal naar de luidspreker dat door de voeding moet geleverd worden, groter wordt dan het maximum vermogen dat de voeding aankan, de voeding zich automatisch uitschakelt.The use of a digital power supply in an audio amplifier, however, has the disadvantage that if the input signal from the amplifier becomes too large, for example in the case of a sudden peak signal such as a beat on a snare drum or when the sound rises during a heated discussion in a meeting or such, the amplified output signal to the speaker to be supplied from the power supply, exceeds the maximum power that the power supply can handle, the power automatically shuts off.

Dit betekent dat de audioversterker, indien deze te luid is ingesteld, wordt uitgeschakeld tijdens het beluisteren van muziek of middenin een meeting of dergelijke, wat natuurlijk ongewenst is en ten alle prijzen moet kunnen vermeden worden.This means that the audio amplifier, if it is set too loud, is switched off while listening to music or in the middle of a meeting or the like, which is of course undesirable and must be avoided at all prices.

Men kent reeds oplossingen waarbij de audioversterker een microprocessor bevat die dergelijke toestanden corrigeert. Het gebruik van een microprocessor maakt de audioversterker echter duurder.Solutions are already known in which the audio amplifier comprises a microprocessor which corrects such states. However, the use of a microprocessor makes the audio amplifier more expensive.

Men kan natuurlijk ook zijn toevlucht nemen tot een zwaardere voeding met een groter maximum vermogen, wat echter de kostprijs van de audioversterker sterk doet verhogen.Of course you can also resort to a heavier power supply with a higher maximum power, which, however, greatly increases the cost of the audio amplifier.

Anderzijds zorgen de compressor en de limiter ervoor dat dergelijke pieken en hoge ingangssignalen worden afgezwakt boven een ingestelde drempelwaarde. Zij fungeren als een soort automatische volumeknop waarbij in het geval van de limiter het volume wordt geplafoneerd op een ingesteld maximum overeenstemmend met de ingestelde threshold, terwijl bij een compressor de volumeafzwakking doorgaans zwakker is en volumes toelaat die hoger zijn dan de ingestelde threshold.On the other hand, the compressor and the limiter cause such peaks and high input signals to be attenuated above a set threshold value. They act as a kind of automatic volume control where, in the case of the limiter, the volume is capped at a set maximum corresponding to the set threshold, while with a compressor the volume weakening is generally weaker and allows volumes that are higher than the set threshold.

Dit wordt in het jargon uitgedrukt als een ratio die bepaalt hoeveel dB het inkomend signaal ten opzichte van de threshold moet stijgen wil het uitgaand signaal ldB stijgen. Voor een compressor is de ratio doorgaans gelegen tussen 2:1 en 8:1, terwijl van een limiter wordt gesproken vanaf een ratio van 10:1 tot °°:1.This is expressed in jargon as a ratio that determines how many dB the incoming signal must rise relative to the threshold for the outgoing signal ldB to rise. For a compressor, the ratio is usually between 2: 1 and 8: 1, while a limiter is used from a ratio of 10: 1 to °°: 1.

Met een bestaande compressor-limiter combinatie kan echter nog niet volledig uitgesloten worden dat de voeding toch in veiligheid slaat.With an existing compressor-limiter combination, however, it cannot yet be completely excluded that the power supply will still be safe.

Bovendien gaat dit ten koste van de muzikaliteit en de dynamiek van het geproduceerde geluid, dit wil zeggen het verschil in geluidsterkte tussen stille en luide passages.Moreover, this is at the expense of the musicality and dynamics of the sound produced, that is, the difference in loudness between silent and loud passages.

Het verlies aan dynamiek is niet gewenst. Het is integendeel gewenst van een hifi audioversterker dat, als een drummer een harde slag op zijn snaardrum geeft, het versterkte geluid dan volgt en dus ook luider klinkt. Als dat echter gebeurt bij een bekende audioversterker met digitale voeding waarbij de piek meer vermogen heeft als het opgegeven vermogen van de voeding, dan zal na de reactietijd van de overstroombeveiliging de voeding uitschakelen.The loss of dynamics is not desirable. On the contrary, it is desirable for a hi-fi audio amplifier that, if a drummer gives a hard blow to his snare drum, the amplified sound then follows and therefore also sounds louder. However, if that happens with a known audio amplifier with digital power supply where the peak has more power than the specified power supply power, then the power supply will switch off after the overcurrent protection time.

Een andere reden waarom de voeding zichzelf uitschakelt bij dit type van audioversterkers met een digitale voeding is dat de DSP is gekenmerkt door een maximum oversturingswaarde van de amplitude van het inkomend signaal waarboven het inkomend signaal afgesneden, in het jargon geclipped wordt, wat er toe leidt dat het inkomend signaal wordt afgeknot tot een soort van bloksignaal waarvan de RMS waarde van het vermogen aan de uitgang hoger ligt en wat ertoe leidt dat hierdoor de voeding zichzelf uitschakelt.Another reason why the power supply turns itself off with this type of audio amplifiers with a digital power supply is that the DSP is characterized by a maximum oversteer value of the amplitude of the incoming signal above which the incoming signal is cut off, clipped into the jargon, leading to it that the incoming signal is truncated to a kind of block signal whose RMS value of the power at the output is higher and which causes the power to turn itself off as a result.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden in de vorm van een audioversterker met een ogenblikkelijk muzikaal piekvermogen dat hoger ligt dan het vermogen toegestaan door de overstroombeveiliging van de digitale voeding, waarbij het dynamisch karakter van de audiobron behouden blijft en het geproduceerde geluid toch auditief goed klinkt en met een goede prijs/kwaliteit verhouding.The present invention has for its object to provide a solution to the aforementioned and other disadvantages in the form of an audio amplifier with an instantaneous musical peak power that is higher than the power allowed by the overflow protection of the digital power supply, while maintaining the dynamic nature of the audio source remains and the produced sound still sounds good and with a good price / quality ratio.

Hiertoe betreft de uitvinding een audioversterker van het voornoemde type waarbij de limiter is ingesteld of gekozen om een ingangssignaal waarvan het niveau hoger is dan de ingestelde threshold na de voornoemde attacktijd te begrenzen tot het niveau van de ingestelde threshold en met een attacktijd die korter is dan de reactietijd van de overstroombeveiliging van de voeding zodat snelle pieken van het ingangssignaal binnen deze reactietijd worden doorgelaten zonder dat de voeding uitschakelt, terwijl de compressor is ingesteld of gekozen met een attacktijd die langer is dan de attacktijd van de limiter en is ingesteld of gekozen om het ingangssignaal van de DSP actief af te zwakken tot een niveau onder de ingestelde threshold van de compressor.To this end the invention relates to an audio amplifier of the aforementioned type in which the limiter is set or selected to limit an input signal whose level is higher than the set threshold after the aforementioned attack time to the level of the set threshold and with an attack time shorter than the response time of the overcurrent protection of the power supply so that fast peaks of the input signal are passed within this reaction time without switching off the power while the compressor is set or selected with an attack time longer than the limiter's attack time and set or chosen to actively reduce the input signal of the DSP to a level below the set threshold of the compressor.

Door de keuze of de instelling van de limiter met een attacktijd die korter is dan de reactietijd van de overstroombeveiliging van de digitale voeding wordt gebruik gemaakt om gedurende deze attacktijd signaalpieken door te laten zonder dat deze een invloed hebben op de overstroombeveiliging en dus zonder dat de voeding zichzelf uitschakelt.The choice or setting of the limiter with an attack time shorter than the response time of the digital power overcurrent protection makes use of passing signal peaks during this attack time without affecting the overcurrent protection and thus without affecting the overcurrent protection. power off.

Dit komt de dynamiek van het geproduceerd geluid ten goede.This benefits the dynamics of the sound produced.

Een bijkomend voordeel is dat het vermogen van deze doorgelaten pieken kortstondig hoger kan liggen dan het vermogen waarop de digitale voeding bij ontwerp geplafoneerd is.An additional advantage is that the power of these transmitted peaks can be briefly higher than the power to which the digital power supply is capped during design.

Een gevolg van dit voordeel is dat men alternatief ook zou kunnen kiezen om een minder zware voeding in de audioversterker te voorzien die toch hogere piekvermogens toelaat, waardoor de kosten van zulke audioversterker lager kunnen zijn dan voor een bestaande audiovers ter ker met een vergelijkbaar uitgangsvermogen.A consequence of this advantage is that one could alternatively choose to provide a less heavy power supply in the audio amplifier that nevertheless allows higher peak powers, so that the costs of such an audio amplifier can be lower than for an existing audio converter with a comparable output power.

Door de keuze of instelling van de compressor met een negatieve ratio in plaats van een positieve ratio zoals gebruikelijk is, wordt het gedipte overstuurde signaal actief verlaagd zodat na versterking het vermogen van dit versterkte signaal niet groter wordt als het maximaal toegelaten vermogen.By choosing or setting the compressor with a negative ratio instead of a positive ratio as usual, the dipped oversteered signal is actively reduced so that after amplification the power of this amplified signal does not increase as the maximum allowed power.

De hier naar voren gebrachte compressor-limiter combinatie vereist niet noodzakelijk het gebruik van een microprocessor, zodat een audioversterker volgens de uitvinding goedkoper kan gemaakt worden dan bekende audioversterkers met een microprocessor.The compressor-limiter combination set forth here does not necessarily require the use of a microprocessor, so that an audio amplifier according to the invention can be made cheaper than known audio amplifiers with a microprocessor.

De gepaste instellingen van de limiter en de compressor kunnen proefondervindelijk worden bepaald.The appropriate settings of the limiter and the compressor can be determined experimentally.

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het uitvoeren van voornoemde instellingen van een audioversterker volgens de uitvinding, waarbij de instellingen van de limiter en de compressor proefondervindelijk worden vastgesteld door eerst de afzwakking van de compressor zodanig in te stellen dat bij een sterke oversturing van de DSP de digitale voeding niet uitvalt, en vervolgens de maximum threshold van de limiter in te stellen door iteratief, vertrekkende van een basisinstelling, de threshold bij elke iteratie iets te verhogen en bij iedere instelling telkens te testen of de voeding bij het afspelen van verschillende muzieksoorten niet uitvalt en een luistertest voldoening geeft op gebied van dynamiek en muzikaliteit van de versterkte muziek, om zo tot de maximum threshold te komen waarbij deze testen geslaagd zijn.The invention also relates to a method for making the aforementioned settings of an audio amplifier according to the invention, wherein the settings of the limiter and the compressor are determined experimentally by first setting the attenuation of the compressor in such a way that in the event of a strong overstress of the DSP does not fail the digital power supply, and then sets the maximum threshold of the limiter by iteratively, starting from a basic setting, by slightly raising the threshold at each iteration and by testing each time whether the power supply when playing different types of music do not fail and a listening test gives satisfaction in terms of the dynamics and musicality of the amplified music, in order to arrive at the maximum threshold at which these tests have passed.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een audioversterker volgens de uitvinding en een daarbij toegepaste werkwijze van afstelling, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a preferred embodiment of an audio amplifier according to the invention and a method of adjustment applied thereto, with reference to the accompanying drawings, is described below, in which:

Figuur 1 een blokschema weergeeft van een audioversterker volgens de uitvinding met twee stereokanalen waarop luidsprekers aangesloten zijn; figuur 2 een voorbeeld van karakteristieke curve weergeeft van de compressor die in figuur 1 door F2 is aangeduid; figuur 3 een voorbeeld van een karakteristieke curve weergeeft van de limiter die in figuur 1 door F3 is aangeduid; figuur 4 een scopebeeld toont met een voorbeeld van een overshoot van het versterkte signaal van de audioversterker van figuur 1.Figure 1 shows a block diagram of an audio amplifier according to the invention with two stereo channels to which speakers are connected; Figure 2 shows an example of characteristic curve of the compressor indicated by F2 in Figure 1; Figure 3 shows an example of a characteristic curve of the limiter indicated by F3 in Figure 1; Figure 4 shows a scope image with an example of an overshoot of the amplified signal from the audio amplifier of Figure 1.

De in figuur 1 weergegeven audioversterker 1 met twee stereokanalen, 2 en 3, bevat per kanaal een ingang 4 voor het aanleggen van een analoog audiosignaal afkomstig van een niet weergegeven audiobron, zoals een CD-speler, radio, smartphone, computer en dergelijke.The audio amplifier 1 with two stereo channels, 2 and 3, shown in Figure 1, has an input 4 for each channel for applying an analog audio signal from an audio source that is not shown, such as a CD player, radio, smartphone, computer and the like.

In het weergegeven voorbeeld zijn er, zoals bekend, twee ingangen 4, respectievelijk een ongebalanceede RCA (cinch) ingang 4a en een gebalanceerde en storingsongevoelige MSTB ingang 4b (euroblock) met een trimfunctie 5 voor het ingangsniveau.In the example shown, there are, as is known, two inputs 4, respectively an unbalanced RCA (cinch) input 4a and a balanced and malfunction-resistant MSTB input 4b (euroblock) with a trim function 5 for the input level.

Het betreft een DSP gecontroleerde audioversterker die op bekende wijze is voorzien van een digitale signaalprocessor, afgekort DSP 6, met per kanaal een analoog-digitaal Converter, afgekort ADC 7, een optionele filter 8, een compressor 9, een limiter 10 en een digitaal-analoog Converter, afgekort DAC 11, waarbij de compressor 9 en de limiter 10 schematisch zijn weergegeven door middel van hun karakteristieke kromme.This is a DSP-controlled audio amplifier which is provided in a known manner with a digital signal processor, abbreviated DSP 6, with an analog-to-digital converter, abbreviated ADC 7, an optional filter 8, a compressor 9, a limiter 10 and a digital signal Analog Converter, abbreviated DAC 11, where the compressor 9 and the limiter 10 are schematically represented by their characteristic curve.

Achter de DSP 6 volgt op bekende wijze een analoge anti-aliasing filter en DC servo 12, gevolgd door een vermogenver sterker 13 met een uitgang 14 en 15 voor de aansluiting van een luidspreker 16.DSP 6 is followed in a known manner by an analog anti-aliasing filter and DC servo 12, followed by a power amplifier 13 with an output 14 and 15 for the connection of a loudspeaker 16.

Het geheel is voorzien van een bekende digitale voeding 17 van het bekende type die onder meer het vermogen levert voor de aansturing van de luidsprekers 16.The whole is provided with a known digital power supply 17 of the known type which, inter alia, provides the power for controlling the speakers 16.

Zulke digitale voeding 17 wordt gekenmerkt door haar maximaal RMS uitgangsvermogen van bijvoorbeeld 200 Watt per kanaal, wat voor de twee kanalen wordt aangeduid als een voeding van 2x 20OW.Such a digital power supply 17 is characterized by its maximum RMS output power of, for example, 200 watts per channel, which is referred to as a power supply of 2x20OW for the two channels.

Dit maximaal vermogen wordt bijvoorbeeld bereikt bij een ingangsspanning van bijvoorbeeld 1 Volt RMS aan de ingangen 4 van de audiover sterker 1 en stemt overeen met een maximale stroomsterkte geleverd aan de luidsprekers 16 met een Ohmse belasting van bijvoorbeeld 4 Ohm. Deze 1 Volt RMS overeenstemmend met het maximum RMS vermogen wordt ook wel bestempeld als de gevoeligheid van de audioversterker.This maximum power is achieved, for example, with an input voltage of, for example, 1 Volt RMS at the inputs 4 of the audio amplifier 1 and corresponds to a maximum current supplied to the speakers 16 with an ohmic load of, for example, 4 ohms. This 1 Volt RMS corresponding to the maximum RMS power is also referred to as the sensitivity of the audio amplifier.

Boven dit maximaal RMS vermogen, of overeenstemmende maximale stroom, schakelt de digitale voeding 17 zichzelf uit, weliswaar na een zekere reactietijd die bijvoorbeeld van de grootteorde van 1 milliseconde is. Gezien het verband tussen vermogen en stroom wordt deze beveiliging de overstroombeveiling van de voeding genoemd.Above this maximum RMS power, or corresponding maximum current, the digital power supply 17 switches itself off, albeit after a certain reaction time which is, for example, of the order of 1 millisecond. Given the relationship between power and current, this protection is called the overcurrent protection of the power supply.

De DSP heeft zoals bekend een maximale oversturingswaarde van het inkomend signaal, van bijvoorbeeld +1,8 en -1,8 Volt boven welke waarde de DSP het inkomend signaal de toppen en dalen gaat afsnijden of dippen in het jargon, waardoor het inkomend signaal als het ware wordt afgeknot tot een blokgolf.As is known, the DSP has a maximum overflow value of the incoming signal, of, for example, +1.8 and -1.8 Volts above which value the DSP will cut or dip the incoming signal in the jargon, so that the incoming signal is the truth is truncated into a square wave.

De compressor 9 en de limiter 10 kunnen vergeleken worden met een soort automatische volumeknop die het inkomend signaal boven een bepaald geluidsniveau afzwakken, afhankelijk van de gekozen of ingestelde karakteristieken van de betreffende compressor 9 en limiter 10.The compressor 9 and the limiter 10 can be compared to a kind of automatic volume control that attenuates the incoming signal above a certain sound level, depending on the selected or set characteristics of the respective compressor 9 and limiter 10.

De karakteristieke curve 18 van de compressor 9 is weergegeven in figuur 2 die in abscis het inkomend signaal van de compressor 9 voorstelt uitgedrukt in dB en in ordinaat het uitgaand signaal van de compressor 9, eveneens uitgedrukt in dB.The characteristic curve 18 of the compressor 9 is shown in Figure 2, which in abscissa represents the incoming signal from the compressor 9 expressed in dB and in ordinate the outgoing signal from the compressor 9, also expressed in dB.

Een kenmerk van deze curve 18 is de drempelwaarde A of threshold die het niveau van het signaal weergeeft vanaf dewelke de compressor 9 het inkomend signaal begint af te zwakken.A characteristic of this curve 18 is the threshold value A or threshold which represents the level of the signal from which the compressor 9 starts to attenuate the incoming signal.

Onder deze threshold A is er geen afzwakking en is het inkomend signaal gelijk aan het uitgaand signaal wat zich in de voornoemde curve 18 uit in het deel 18a van de curve waarbij 18b het knikpunt is vanaf hetwelk het signaal wordt afgezwakt, zoals weergegeven met het deel 18c van de curve 18.Below this threshold A there is no attenuation and the incoming signal is equal to the outgoing signal which in the aforementioned curve 18 expresses itself in the part 18a of the curve where 18b is the kink point from which the signal is attenuated, as represented by the part 18c of the curve 18.

Het knikpunt 18b bij nul dB stemt ongeveer overeen met de oversturingswaarde van de DSP 6 waarboven de DSP begint te dippen.The buckling point 18b at zero dB corresponds approximately to the overflow value of the DSP 6 above which the DSP begins to dip.

Het kenmerkende van de uitvinding is dat de compressor 9 bij signalen boven het niveau van het knikpunt 18b het signaal gaat afzwakken tot een niveau beneden de ingestelde threshold A. Dit uit zich in voornoemde grafiek van figuur 2 doordat het deel 18c van de curve 18 een negatieve richtingscoëfficiënt of ratio heeft, dit in tegenstelling tot een klassieke instelling van een compressor in een klassieke DSP waarbij de ratio positief is. In het weergegeven voorbeeld van figuur 3 is de ratio ingesteld op -1:2.The characteristic feature of the invention is that the compressor 9 at signals above the level of the bending point 18b will weaken the signal to a level below the set threshold A. This is expressed in the aforementioned graph of Figure 2 in that the part 18c of the curve 18 has a negative direction coefficient or ratio, in contrast to a classical setting of a compressor in a classical DSP where the ratio is positive. In the example shown in Figure 3, the ratio is set to -1: 2.

Op deze manier wordt er met een instelling van de compressor 9 volgens de uitvinding voor gezorgd dat het niveau van het signaal nooit groter wordt dan de maximum oversturingswaarde van de DSP 6 en de DSP 6 bijgevolg niet wordt overstuurd en bijgevolg de voeding niet over de grens van de overstroombeveiling zal komen waarboven de voeding zich zou uitschakelen.In this way, with a setting of the compressor 9 according to the invention, it is ensured that the level of the signal never exceeds the maximum overload value of the DSP 6 and, consequently, the DSP 6 is not overloaded and, consequently, the supply is not exceeded. will come from the overcurrent protection beyond which the power would switch off.

Op dezelfde manier is in figuur 3 de karakteristieke curve 19 weergegeven van de limiter 10 die gekenmerkt wordt door een threshold B die iets lager is dan de threshold A van de compressor 9 en die het inkomend signaal boven de thresholdwaarde B zo goed als plafoneert tot de waarde B. Dit wordt weergegeven door het horizontale gedeelte 19c van de curve 19.In the same way, in Figure 3 the characteristic curve 19 of the limiter 10 is shown, which is characterized by a threshold B slightly lower than the threshold A of the compressor 9 and which virtually limits the incoming signal above the threshold value B to the value B. This is represented by the horizontal part 19c of the curve 19.

Een limiter 10 wordt bovendien gekenmerkt door een zekere reactietijd, de zogenoemde attacktijd, tussen het zich voordoen van een inkomend signaal waarvan het niveau hoger ligt dan de threshold B van de limiter 10 en het ogenblik waarop de limiter 10 het signaal begint af te zwakken.A limiter 10 is furthermore characterized by a certain reaction time, the so-called attack time, between the occurrence of an incoming signal whose level is higher than the threshold B of the limiter 10 and the moment at which the limiter 10 starts to weaken the signal.

Volgens de uitvinding wordt deze attacktijd zodanig gekozen of ingesteld dat deze korter is dan de voornoemde reactietijd van de overstroombeveiliging van de voeding 17, bijvoorbeeld op 0,5 milliseconde.According to the invention, this attack time is selected or set such that it is shorter than the aforementioned response time of the overcurrent protection of the power supply 17, for example at 0.5 milliseconds.

Op deze manier wordt ervoor gezorgd dat korte pieken die zich binnen de attacktijd van de limiter 10 en binnen de reactietijd van de voeding 17 voordoen, worden doorgelaten, wat ten goede komt van de dynamiek van het versterkte geluid.In this way it is ensured that short peaks that occur within the attack time of the limiter 10 and within the reaction time of the power supply 17 are allowed through, which benefits the dynamics of the amplified sound.

In de praktijk wordt bijvoorbeeld een attacktijd ingesteld van 0,5 milliseconde voor een reactietijd van de overstroombeveiliging van de voeding 17 van 1 milliseconde, althans een attacktijd die bij voorkeur gelegen is tussen één derde en twee derden van de voornoemde reactietijd.In practice, for example, an attack time of 0.5 milliseconds is set for a response time of the overflow protection of the power supply 17 of 1 millisecond, at least an attack time which is preferably between one third and two thirds of the aforementioned reaction time.

Het voorgaande kan worden geïllustreerd aan de hand van figuur 4 waarin een muzieksignaal 20 is weergegeven in de tijd dat bij een test met een digitale voeding van 200 Watt per kanaal werd gemeten aan de uitgang van één van de stereokanalen 2 of 3 van de audioversterker 1. Hierop is een piek 21 te zien waarvan de duurtijd C boven de threshold korter was dan de reactietijd van de voeding 17 en dus doorkwam in het betreffende uitgangssignaal 20 zonder dat de voeding 17 was uitgevallen.The foregoing can be illustrated with reference to Fig. 4, in which a music signal 20 is shown in the time when a test with a digital power supply of 200 Watt per channel was measured at the output of one of the stereo channels 2 or 3 of the audio amplifier 1 A peak 21 can be seen on this, whose duration C above the threshold was shorter than the response time of the power supply 17 and thus passed through the relevant output signal 20 without the power supply 17 having failed.

Deze piek 21 had een gemeten waarde van 49,2 Volt, wat bij een belasting van 4 Ohm van de luidspreker overeenkomt met een muzikaal vermogen van 302 Watt, wat hoger is dan het maximaal vermogen van 200 Watt per kanaal van de digitale voeding 17 die bij deze test werd gebruikt.This peak 21 had a measured value of 49.2 volts, which corresponds to a musical power of 302 watts at a load of 4 ohms, which is higher than the maximum power of 200 watts per channel of the digital power supply 17 which was used in this test.

Ook de compressor 9 heeft een zekere attacktijd die volgens de uitvinding traag wordt ingesteld, meer bepaald met een duurtijd die langer is dan de reactietijd van de overstroombeveiliging van de voeding 17, bijvoorbeeld twintig maal tot tachtig maal langer, bij voorkeur rond de vijftigmaal langer.Compressor 9 also has a certain attack time which is set slowly according to the invention, more particularly with a duration that is longer than the response time of the overflow protection of the power supply 17, for example twenty times to eighty times longer, preferably around fifty times longer.

Een compressor 9 is bovendien gekenmerkt door een holdtijd gedurende dewelke de actieve afzwakking van het inkomend signaal actief is en waarna de afzwakking, na een releasetijd opnieuw inactief wordt.A compressor 9 is furthermore characterized by a hold time during which the active attenuation of the incoming signal is active and after which the attenuation, after a release time, becomes inactive again.

Deze holdtijd wordt in het geval van de uitvinding gekozen of ingesteld op een waarde tussen de één en drie seconden, bij voorkeur rond de 2 seconden.In the case of the invention, this hold time is selected or set to a value between one and three seconds, preferably around 2 seconds.

Ook de limiter heeft een bepaalde releasetijd die ingesteld of gekozen kan worden.The limiter also has a certain release time that can be set or selected.

Een voorbeeld van voornoemde instellingen uit de praktijk, wordt hierna gegeven voor een voeding 17 met een reactietijd van 1 milliseconde: - voor de limiter 10 een attacktijd van 0,5 milliseconde en een releasetijd van 250 milliseconde; - voor de compressor 9 een attacktijd van 50 milliseconde, een holdtijd van 2 seconden en een zeer korte releasetijd van 0,2 milliseconde om zo snel mogelijk te kunnen beschikken over normaal vermogen van muziek omdat de limiter dan overneemt indien nodig, maar minder drastisch.An example of the aforementioned settings from practice is given below for a feed 17 with a response time of 1 millisecond: for the limiter 10 an attack time of 0.5 milliseconds and a release time of 250 milliseconds; - for the compressor 9, an attack time of 50 milliseconds, a hold time of 2 seconds and a very short release time of 0.2 milliseconds in order to have normal power of music as quickly as possible because the limiter then takes over if necessary, but less drastically.

De instellingen kunnen op de volgende manier proefondervindelijk worden bepaald, bijvoorbeeld uitgaande van een basisinstelling met bovengenoemde gemiddelde instellingen.The settings can be determined experimentally in the following way, for example starting from a basic setting with the above-mentioned average settings.

Bij een eerste test wordt de versterking of "gain" ingesteld zonder de limiter 10 en compressor 9, waarbij een sinusvormig ingangssignaal van bijvoorbeeld 1 Volt RMS wordt ingestuurd aan een ingang 4, en wordt de "gain" geregeld om aan de uitgang 14 een signaal te hebben overeenstemmend met het maximum vermogen van de voeding 17, bijvoorbeeld bij een belasting van 4 Ohm van de luidspreker 16.In a first test, the gain or "gain" is set without the limiter 10 and compressor 9, a sinusoidal input signal of, for example, 1 Volt RMS being input to an input 4, and the "gain" being controlled to provide a signal at the output 14 to have corresponding to the maximum power of the power supply 17, for example with a load of 4 Ohm from the speaker 16.

Nadien wordt de compressor 9 proefondervindelijk ingesteld.Afterwards the compressor 9 is set experimentally.

De threshold A wordt op 0 db ingesteld overeenstemmend met de voornoemde 1 Volt RMS overeenstemmend met het maximum vermogen, terwijl de holdtijd en de releasetijd van de compressor 9 bijvoorbeeld worden ingesteld op de bovengenoemde waarden.The threshold A is set to 0 db corresponding to the aforementioned 1 Volt RMS corresponding to the maximum power, while the hold time and the release time of the compressor 9 are set to the aforementioned values, for example.

Vervolgens wordt de DSP 6 zwaar overstuurd, bijvoorbeeld met een sinussignaal van 8 Volt RMS, waardoor de DSP 6 aan zijn ingang volledig het signaal gaat dippen, met andere woorden de toppen en dalen van het sinussignaal gaat afsnijden, waardoor aan de uitgang van de DSP een blokgolf overblijft. De compressor 9 wordt dan zo ingesteld dat hij actief voldoende sterk op het bloksignaal ingrijpt om onder de threshold A te blijven zodat de voeding 17 niet uitvalt. Hiermee wordt eigenlijk de negatieve helling of ratio bepaald van het deel 18c van de karakteristieke curve 18 van de compressor 9.Subsequently, the DSP 6 is heavily oversteered, for example with an 8 Volt RMS sine signal, as a result of which the DSP 6 will completely dip the signal at its input, in other words cut off the tops and troughs of the sine signal, so that the output of the DSP a square wave remains. The compressor 9 is then set such that it actively intervenes sufficiently strongly on the block signal to remain below the threshold A so that the power supply 17 does not fail. This actually determines the negative slope or ratio of the part 18c of the characteristic curve 18 of the compressor 9.

Na deze instelling kan een oventest worden uitgevoerd door de audioversterker 1 gedurende een ganse dag op vol vermogen te belasten bij een belasting van bijvoorbeeld 4 Ohm. Als de voeding 17 niet uitvalt is de instelling van de compressor in orde.After this setting, an oven test can be carried out by loading the audio amplifier 1 at full power for a whole day at a load of, for example, 4 ohms. If the power supply 17 does not fail, the compressor setting is correct.

Vervolgens kan de limiter 10 proefondervindelijk worden ingesteld, vertrekkende van een basisinstelling met een threshold B van 0 dB, een theoretisch berekende attacktijd van bijvoorbeeld 0,5 seconden en een vrij lang gekozen releasetijd van bijvoorbeeld 250 milliseconden, zodat de limiter 10 minder snel loslaat omdat, anders, uit ervaring geweten is dat naar gehoor toe een muziektest slechte resultaten geeft met plots een heel luid stuk gevolgd door een minder luid stuk.The limiter 10 can then be set experimentally, starting from a basic setting with a threshold B of 0 dB, a theoretically calculated attack time of for example 0.5 seconds and a fairly long chosen release time of for example 250 milliseconds, so that the limiter 10 releases less quickly because , otherwise, from experience it is known that a hearing test gives poor results with suddenly a very loud piece followed by a less loud piece.

Met deze instelling wordt vervolgens een vermogentest gedaan en als de voeding 17 uitvalt, dan wordt de threshold B van de limiter 10 naar omlaag gebracht tot wanneer de voeding 17 niet meer uitvalt bij een vermogentest.With this setting a power test is then done and if the power supply 17 fails, then the threshold B of the limiter 10 is lowered until the power supply 17 no longer fails during a power test.

Na deze instelling wordt eerst getest of bij het insturen van een muzieksignaal het vermogen dat uit de audioversterker 1 komt goed is, waarna een luistertest wordt uitgevoerd waarbij alle soorten muziek worden afgespeeld om te zien of de afgespeelde muziek muzikaal en dynamisch goed klinkt.After this setting, it is first tested whether the power coming from the audio amplifier 1 is correct when sending a music signal, after which a listening test is carried out in which all types of music are played to see whether the music played sounds good musically and dynamically.

Hierna wordt een oventest gedaan en laat men de audioversterker 1 bij vol vermogen gedurende bijvoorbeeld 72 uren in een oven op 50°C doorspelen om te zien of hij niet uitvalt.After this, an oven test is done and the audio amplifier 1 is allowed to continue playing at full power for, for example, 72 hours in an oven at 50 ° C to see if it does not fail.

Nadien kan iteratief de maximum threshold B worden bepaald door bij elke iteratie telkens de threshold B iets te verhogen en de voorgaande test te herhalen tot wanneer de test faalt. De threshold B van de vorige test is dan het maximum waarop de limiter 10 kan ingesteld worden.Afterwards, it is possible to determine iteratively the maximum threshold B by slightly increasing the threshold B with each iteration and repeating the previous test until the test fails. The threshold B of the previous test is then the maximum at which the limiter 10 can be set.

Het is duidelijk dat de uitvinding vooral schuilt in de instelling van compressor-limiter en dat bijgevolg de uitvinding ook betrekking heeft op een compressor-limiter combinatie of een DSP met zulke compressor-limiter combinatie als aparte onderdelen voor een DSP gestuurde audioversterker met een digitale voeding.It is clear that the invention lies primarily in the setting of compressor limiter and that consequently the invention also relates to a compressor-limiter combination or a DSP with such a compressor-limiter combination as separate components for a DSP controlled audio amplifier with a digital power supply. .

De uitvinding is overigens ook toepasbaar op een audioversterker 1 van een vereenvoudigde uitvoering, bijvoorbeeld met slechts één type van ingangen per kanaal, zonder trimfunctie, zonder DC servo's, zonder anti-aliasing filters, en dergelijke meer.The invention is otherwise also applicable to an audio amplifier 1 of a simplified embodiment, for example with only one type of inputs per channel, without trimming function, without DC servos, without anti-aliasing filters, and the like.

Het is duidelijk dat een compressor met negatieve ratio en een limiter met een attacktijd die korter is dan de reactietijd van de digitale voeding ook afzonderlijk, de ene zonder de andere, kunnen worden toepast om het nadeel op te vangen van het uitvallen van de voeding bij een oversturing van de DSP en om het uitvallen en de dynamiek van de afgespeelde muziek te verbeteren door piekgeluiden boven het vermogen van voeding kortstondig door te laten.It is clear that a compressor with a negative ratio and a limiter with an attack time shorter than the response time of the digital power supply can also be used separately, one without the other, to compensate for the disadvantage of a power failure at a DSP overload and to improve the failure and the dynamics of the music being played by allowing peak sounds above the power of power supply for a short time.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een audioversterker volgens de uitvinding en een daarbij toegepaste werkwijze van afstelling kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The present invention is by no means limited to the embodiment described by way of example and shown in the figures, but an audio amplifier according to the invention and a method of adjustment applied thereto can be realized in various variants without departing from the scope of the invention.

Claims

Conclusions.

Audio amplifier for amplifying and processing incoming analog audio signal into an analog output signal for controlling a loudspeaker (16), wherein the audio amplifier (1) comprises: - a digital signal processor (6), abbreviated DSP, comprising: - an analog-to-digital converter (7), abbreviated ADC; - a so-called compressor (9) and limiter (10) intended for attenuating an incoming signal when it exceeds a set threshold value or threshold (B, A) and this, after the lapse of a so-called reaction time or so-called attack time; a digital-to-analog converter 11, DAC for short; - followed by a power amplifier (13) to amplify the analog signal from the DAC (11) for controlling the loudspeaker (16), - a digital power supply (17) for powering the power amplifier (1) with an overcurrent protection that the power supply (17) turns off when the power supplied exceeds a set value, the DSP (6) being characterized by a maximum overflow value of the incoming signal above which the incoming signal is cut off, characterized in that the limiter (10) is set or selected to limit an input signal whose level is higher than the set threshold (B) of the limiter (10) after the attack time to the level of or approximately the level of the set threshold (B) and with an attack time shorter than · the response time of the overcurrent protection of the power supply (17) so that short spikes of the input signal are passed within this reaction time without the power supply (17) switching off, while the com pressor (9) is set or selected with an attack time that is longer than the attack time of the limiter (10) and is set or chosen to actively reduce the signal from the DSP (6) to a level below the set threshold (A ) of the compressor (9).

Audio amplifier according to claim 1, characterized in that the digital audio signal is first sent by the compressor (9) and then by the limiter (10).

Audio amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the threshold (A) of the compressor (9) corresponds to the aforementioned overload value of the DSP (6) or is set or selected slightly lower.

Audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold (B) of the limiter (10) is set or selected slightly lower than the threshold (A) of the compressor (9).

Audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the duration of the attack time of the limiter (10) is set or selected between one third and two thirds, preferably at about half the duration of the reaction time of the overcurrent protection of digital power supply (17).

Audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the duration of the attack time of the compressor (9) is selected or set longer than the response time of the overflow protection of the digital power supply (17).

Audio amplifier according to claim 6, characterized in that the duration of attack time of the compressor (9) is selected or set between twenty times and eighty times, preferably around fifty times, the duration of the response time of the overcurrent protection of the digital food (17).

Audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor (9) is characterized by a so-called hold time during which the attenuation of the incoming signal is active and after which the attenuation, after a so-called release time, becomes inactive again, this hold time is selected or set to a value between one and three seconds, preferably around two seconds.

Audio amplifier according to claim 8, characterized in that the duration of the release time of the compressor (9) is chosen or set very short, for example between one tenth and three tenths, preferably two tenths, of the response time of the overcurrent protection of the digital power supply (17).

Audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the DSP (6) is not controlled by a microprocessor.

11. - Digital signal processor, abbreviated DSP (6), for an audio amplifier (1) with a digital power supply (17), characterized in that this DSP (6) is provided with a combination of a compressor (9) and limiter (10) with an adjustment according to one of the preceding claims.

A combination of compressor and limiter for a digital signal processor, in short DSP (6), characterized in that this combination comprises a compressor (9) and a limiter (10) with a setting according to one of the preceding claims.

13. - Compressor for a digital signal processor, abbreviated DSP (6), of an audio amplifier (1), characterized in that the compressor (9) has a negative ratio.

14. - Limiter for a digital signal processor, abbreviated DSP (6), of an audio amplifier (1) with a digital power supply (17) with overcurrent protection, characterized in that the limiter (10) has an attack time that is less than the response time of the overcurrent protection of the digital power supply (17).

Method for adjusting an audio amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the settings of the limiter (10) and the compressor (9) are determined experimentally by first setting the attenuation of the compressor (9) in such a way that if the DSP (6) is overloaded, the digital power supply (17) does not fail, and then the maximum threshold (B) of the limiter (10) is set by iteratively, starting from a basic setting, the threshold (B) slightly increase with each iteration and test with each setting whether the digital power supply (17) does not fail when playing different types of music and a listening test satisfies the dynamics and musicality of the amplified music, so as to reach the maximum threshold (B) to come up with these tests passed.