DE10017277A1

DE10017277A1 - Setting audio signal loudness correctly for listening involves first damping depending on loudness setting, frequency-selective filtering, second damping and summing damped signals

Info

Publication number: DE10017277A1
Application number: DE2000117277
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pfaffinger; Siegmund Schreiber
Original assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Current assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-11-22

Abstract

The method involves damping the audio signal (1) with a first damping arrangement (4) depending on the predetermined loudness setting, frequency-selective filtering (2) the signal using a defined phase relationship, damping the filtered signal with a second damping arrangement (5) depending on a predetermined loudness setting and summing (6) the damped audio signals to produce a signal suitable for listening. Independent claims are also included for the following: an arrangement for setting audio signal loudness correctly for listening.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum gehörrichtigen Einstellen der Lautstärke eines Audiosignals.The invention relates to a method and an arrangement for Properly adjusting the volume of an audio signal.

Die vom menschlichen Gehör wahrgenommene Lautheit von Tönen ist zum einen frequenzabhängig und zum anderen pegelabhängig, wobei zwischen Lautheit einerseits und Pegel und Frequenz an dererseits ein nichtlinearer Zusammenhang besteht. Eine Be sonderheit der Hörempfindung liegt nun darin, dass vor allem bei tiefen Tönen die Lautheit stärker als beispielsweise bei mittleren Tönen mit dem Pegel abnimmt. Bei linearer Absenkung eines breitbandigen Schalles ergibt sich daher der Eindruck einer zusätzlichen Bassabsenkung. Um diesem Eindruck entge genzuwirken, wird üblicherweise bei Audiosystemen der Bassbe reich bei niedrigen Pegeln und damit bei niedrigen Lautstär ken derart angehoben, dass die subjektive Absenkung weitge hend kompensiert wird.The loudness of sounds perceived by human hearing is frequency dependent on the one hand and level dependent on the other, where between loudness on the one hand and level and frequency on on the other hand, there is a non-linear relationship. A Be The peculiarity of the hearing sensation is that above all for low tones the loudness is stronger than for example medium tones decrease with the level. With linear lowering broadband sound gives the impression an additional bass reduction. To counter this impression To counteract this is usually the case with the bassbe's audio systems rich at low levels and therefore at low volume ken raised so that the subjective reduction widened is compensated for.

Aus der US 4,490,843 ist eine Anordnung zum gehörrichtigen Einstellen der Lautstärke eines Audiosignals bekannt, bei der auf analogem Wege zunächst das Eingangssignal durch ein Po tentiometer entsprechend der Lautstärke abgesenkt und dann mit Hilfe eines mechanisch mit dem Potentiometer gekoppelten weiteren Potentiometers die Verstärkung im Bassbereich einge stellt wird. Auch bei sehr geringen Lautstärken wird folglich das abgesenkte Signal wieder verstärkt, was zu hohen Verstär kungen und dementsprechend zu einem hohen Rauschanteil führt.From US 4,490,843 an arrangement for the correct hearing Adjust the volume of an audio signal known at the in an analog way, first the input signal through a Po then lowered the tentiometer according to the volume with the help of a mechanically coupled to the potentiometer additional potentiometers, the gain in the bass range is posed. Consequently, even at very low volumes the lowered signal is amplified again, resulting in high amplification kung and accordingly leads to a high noise component.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfah ren zum gehörrichtigen Einstellen der Lautstärke eines Audio signals anzugeben, mit der bzw. mit dem eine deutliche Dyna mikverbesserung erzielt wird. The object of the invention is an arrangement and a procedure to properly adjust the volume of an audio signals with which a clear Dyna micro improvement is achieved.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Aus gestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by an arrangement according to claim 1 or solved by a method according to claim 7. Off designs and developments of the inventive concept Subject of subclaims.

Vorteil der Erfindung ist es, dass das Audiosignal vor der Bassanhebung bereits auf seinen maximalen Wert angehoben wer den kann und danach lediglich eine Absenkung des Signals er folgt, so dass kein zusätzliches Rauschen durch die Bassanhe bung erzeugt wird. Da ausschließlich mit Absenkungen gearbei tet werden kann, eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren in besonderem Maße für eine Realisierung in digitaler Schaltungstechnik und dabei insbesondere für eine Realisierung mittels Signalprozessoren. Da nur mit Absenkungen gearbeitet wird, erfolgt demnach auch keine Verstärkung des bei digitalen Systemen hinzukommenden Quantisierungsrauschens. Natürlich kann bei den vorgestellten Anordnungen und Verfahren auch eine Anhebung erfolgen, dies ist aber im Hinblick auf das Rauschverhalten nicht so günstig wie eine Absenkung.The advantage of the invention is that the audio signal before Bass boost has already been raised to its maximum value he can and then only a lowering of the signal follows, so there is no additional noise from the bass exercise is generated. Since only work with reductions can be tet, the arrangement according to the invention is suitable or the method according to the invention for a realization in digital circuit technology and thereby in particular for implementation using signal processors. Since only lowering is used, this is also done no reinforcement of what is added in digital systems Quantization noise. Of course, with the presented Orders and procedures also include an increase, this is not so cheap in terms of noise behavior like a lowering.

Im Einzelnen umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung eine durch das Audiosignal angesteuerte, ein bestimmtes Phasenver halten aufweisende Filtereinrichtung zur frequenzselektiven Filterung des Audiosignals und eine der Filtereinrichtung nachgeschaltete erste steuerbare Dämpfungseinrichtung. Des Weiteren ist eine der Phasenschiebeeinrichtung nachgeschalte te zweite steuerbare Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Den beiden Dämpfungseinrichtungen ist eine Addiereinrichtung zur Erzeugung eines gehörrichtigen Ausgangssignals nachgeschal tet, wobei die beiden Dämpfungseinrichtungen mit einer Steu ereinrichtung zur Steuerung der beiden Dämpfungsglieder ent sprechend einer vorgegebenen Lautstärke verbunden sind. Die beiden Dämpfungsglieder können dabei auch negative Dämpfungen (also Verstärkungen) aufweisen, jedoch werden in der Regel positive Dämpfungen verwendet, um die maximal mögliche Dyna mik nutzen zu können. An arrangement according to the invention comprises one controlled by the audio signal, a certain phase ver keep having filter device for frequency selective Filtering the audio signal and one of the filter device downstream first controllable damping device. Of A phase shifter is also connected downstream te second controllable damping device provided. The both damping devices is an adding device for Generation of an aurally correct output signal tet, the two damping devices with a tax device for controlling the two attenuators ent speaking a predetermined volume. The Both attenuators can also have negative attenuations (i.e. reinforcements), however, are usually positive damping used to get the maximum possible Dyna to be able to use mik.

Des Weiteren kann eine vor die zweite Dämpfungseinrichtung geschaltete, ebenfalls durch das Audiosignal angesteuerte Phasenschiebeeinrichtung zur Erzeugung eines zur Filterein richtung identischen Phasenverhaltens vorgesehen werden.Furthermore, one can be in front of the second damping device switched, also controlled by the audio signal Phase shifting device for generating a filter direction identical phase behavior can be provided.

Entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren ein fre quenzselektives Filtern des Audiosignals unter Auftreten ei nes bestimmten Phasenverhaltens sowie das Dämpfen des gefil terten Audiosignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Lautstärkeeinstellung vor. Des Weiteren wird auch das unbear beitete Audiosignal selbst in Abhängigkeit von der vorgegebe nen Lautstärkeeinstellung gedämpft. Schließlich werden das gedämpfte Audiosignal und das phasenverschobene, gedämpfte Audiosignal zur Erzeugung eines gehörrichtigen Ausgangssig nals aufsummiert.Accordingly, the inventive method sees a fre filtering the audio signal selectively when an egg occurs certain phase behavior and the damping of the gefil tert audio signal depending on a predetermined Volume adjustment. Furthermore, this will also become unbearable processed audio signal itself depending on the given attenuated volume setting. After all, it will damped audio signal and the phase-shifted, damped Audio signal to generate an aurally correct output signal summed up.

Des Weiteren kann das Audiosignal phasenverschoben werden, um ein zum Filterschritt identisches Phasenverhalten zu erzeu gen. Das phasenverschobene Audiosignal wird anschließend in Abhängigkeit von der vorgegebenen Lautstärkeeinstellung ge dämpft.Furthermore, the audio signal can be phase shifted to to generate a phase behavior identical to the filter step The phase shifted audio signal is then in Dependence on the specified volume setting dampens.

Dabei können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Dämpfungen derart von der Lautstärkeeinstellung abhängen, dass die Dämpfungen ausgehend von jeweils null zu niedrigeren Lautstärken hin unterschied lich stark ansteigen.In the process according to the invention or in the arrangement according to the invention, the damping of the Volume adjustment depend on the attenuation going out from zero to lower volume increase sharply.

Bevorzugt weist die Dämpfung des gefilterten Audiosignals (bzw. der ersten Dämpfungseinrichtung) zu niedrigeren Laut stärken hin einen geringeren Dämpfungsanstieg als die Dämp fung des unbearbeiteten bzw. des phasenverschobenen Audiosig nals (bzw. der zweiten Dämpfungseinrichtung) auf. Auf diese Weise können beliebige frequenzabhängige Absenkungen oder An hebungen realisiert werden. The attenuation of the filtered audio signal preferably has (or the first damping device) to lower sound strengthen a smaller increase in damping than the dampers the unprocessed or phase-shifted audio sig nals (or the second damping device). To this Any frequency-dependent reductions or An can can be realized.

Zur Anpassung an die Gehöreigenschaften werden dabei bevor zugt Tiefpassfilter oder Bandpassfilter mit tiefer Mittenfre quenz verwendet, wobei Bandpassfilter den Vorteil haben, dass tiefste, außerhalb des Hörbereichs liegende Frequenzen nicht mehr angehoben werden und damit eine unnötige Aussteuerung des jeweils verwendeten Audiosystems bei den nicht hörbaren Frequenzen vermieden wird.To adapt to the hearing characteristics are before adds low-pass filter or bandpass filter with low mid-range quenz used, bandpass filters have the advantage that lowest frequencies outside the listening range are not be raised more and thus unnecessary control of the audio system used in the inaudible Frequencies is avoided.

Schließlich kann zur Erzeugung der Phasenverschiebung eine Allpassfilterung oder eine Laufzeitverzögerung anhand ent sprechender Einrichtungen durchgeführt werden. Damit lassen sich mit geringem Aufwand die erforderlichen Phasenverschie bungen erzeugen.Finally, a can be used to generate the phase shift Allpass filtering or a delay time based on ent speaking facilities. Leave with it the required phase shift with little effort generate exercises.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on the in the figures of the Drawing illustrated embodiment explained in more detail. It shows:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer er findungsgemäßen Anordnung, Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of he inventive arrangement,

Fig. 2 den Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der einge stellten Lautstärke in einer Tabelle, Fig. 2 shows the attenuation characteristic as a function of volume is presented in a table,

Fig. 3 den Frequenzverlauf der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Pegel und Fig. 3 shows the frequency response of the arrangement according to the invention of FIG. 1 as a function of the frequency and the level and

Fig. 4 den beispielhaften Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Diagramm. Fig. 4 shows the exemplary course of a method according to the invention in a diagram.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Au diosignal 1 sowohl einem Bandpass 2 als auch einer (optiona len) Phasenkorrekturschaltung 3 zugeführt. Das Audiosignal 1 steht dabei mit dem maximal möglichen Pegel zur Verfügung. Dem Bandpass 2 und der Phasenkorrekturschaltung 3 sind jeweils ein steuerbares Dämpfungsglied 4 bzw. 5 nachgeschaltet. Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 4 und 5 sind schließlich mit den Eingängen eines Addierers 6 verbunden, an dessen Aus gang ein Ausgangssignal 7 abgreifbar ist. Die Steuerung der steuerbaren Dämpfungsglieder 4 und 5 erfolgt mittels einer Steuerschaltung 8, welche die Dämfungsglieder 4 und 5 in Ab hängigkeit von einem Lautstärkesteuersignal 9 einstellt.In the embodiment shown in FIG. 1, an audio signal 1 is supplied to both a bandpass 2 and an (optional) phase correction circuit 3 . The audio signal 1 is available at the maximum possible level. The bandpass filter 2 and the phase correction circuit 3 are each followed by a controllable attenuator 4 or 5 . The outputs of the attenuators 4 and 5 are finally connected to the inputs of an adder 6 , at whose output an output signal 7 can be tapped. The controllable attenuators 4 and 5 are controlled by means of a control circuit 8 which sets the attenuators 4 and 5 in dependence on a volume control signal 9 .

Das Audiosignal 1 kann von einer beliebigen (in der Zeichnung nicht gezeigten) Audioquelle geliefert werden und einen Pegel haben, der die maximale Aussteuerung des Gesamtsystems kenn zeichnet. Demzufolge wird die Gesamtlautstärke im Wesentli chen durch das Dämpfungsglied 5 bestimmt, während mit dem Dämpfungsglied 4 die zusätzliche Bassanhebung eingestellt wird. Der Bereich der Bassanhebung wird durch den Bandpass 2 vorgegeben und liegt beispielsweise zwischen 20 und 400 Hz, wobei der Frequenzbereich und ebenso die Güte des Bandpasses auch variabel sein kann.The audio signal 1 can be supplied by any audio source (not shown in the drawing) and have a level which characterizes the maximum modulation of the overall system. As a result, the overall volume is essentially determined by the attenuator 5 , while the additional bass boost is set with the attenuator 4 . The range of the bass boost is specified by the bandpass 2 and is, for example, between 20 and 400 Hz, whereby the frequency range and also the quality of the bandpass can also be variable.

In Fig. 2 ist eine Tabelle dargestellt, bei der die einge stellte Lautstärke zu den Dämpfungen der beiden Dämpfungs glieder 4 und 5 in Beziehung gesetzt ist. So ist beispiels weise bei voller Lautstärke, also einem Pegel von 0 dB die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 5 und die Dämpfung des Dämp fungsgliedes 4 jeweils auf 0 dB eingestellt. Bei dem gegen über verringerter Lautstärke von -20 dB ist die Dämpfung beim Dämpfungsglied 5 ebenfalls auf -20 dB eingestellt, während die Dämpfung beim Dämpfungsglied 4 auf -10 dB eingestellt ist, also auf einen geringeren Wert als das ungefilterte Sig nal. Damit ergibt sich bezogen auf das gedämpfte Gesamtsignal eine Bassanhebung um 10 dB. In gleicher Weise beträgt bei Lautstärkepegeln von -40 dB, -60 dB und -80 dB die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 5 -40 dB bzw. -60 dB bzw. -80 dB. Ent sprechend betragen jedoch die Dämpfungen des Dämpfungsgliedes 4 in den genannten Fällen -20 dB bzw. -30 dB bzw. -40 dB, so dass sich insgesamt jeweils Bassanhebungen um 20 dB, 30 dB und 40 dB ergeben. In Fig. 2, a table is shown in which the volume set to the attenuation of the two attenuation members 4 and 5 is related. For example, at full volume, ie a level of 0 dB, the attenuation of the attenuator 5 and the attenuation of the attenuator 4 is each set to 0 dB. In contrast to the reduced volume of -20 dB, the attenuation in attenuator 5 is also set to -20 dB, while the attenuation in attenuator 4 is set to -10 dB, that is, to a lower value than the unfiltered signal. This results in a bass boost of 10 dB in relation to the attenuated overall signal. In the same way, at volume levels of -40 dB, -60 dB and -80 dB, the attenuation of the attenuator is 5 -40 dB or -60 dB or -80 dB. Correspondingly, however, the attenuations of the attenuator 4 are -20 dB or -30 dB or -40 dB in the cases mentioned, so that a total of bass boosts of 20 dB, 30 dB and 40 dB result.

In Fig. 3 ist entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Tabel le der Amplitudenverlauf A über der Frequenz f dargestellt. Bezogen auf die jeweiligen Lautstärkepegel von 0 dB, -20 dB, -40 dB, -60 dB und -80 dB sind bei tiefen Frequenzen im Be reich von ca. 200 Hz Pegelanhebungen bezüglich der jeweils eingestellten Lautstärke von 10 dB, 20 dB, 30 dB sowie 40 dB realisiert, wodurch sich bei tiefen Tönen um 200 Hz Gesamt lautstärkepegel von -10 dB, -20 dB, -30 dB bzw. -40 dB erge ben. FIG. 3 shows the amplitude profile A over the frequency f in accordance with the table le shown in FIG. 2. In relation to the respective volume levels of 0 dB, -20 dB, -40 dB, -60 dB and -80 dB, there are level increases at low frequencies in the range of approx. 200 Hz with regard to the volume set in each case of 10 dB, 20 dB, 30 dB and 40 dB are realized, resulting in a total volume level of -10 dB, -20 dB, -30 dB and -40 dB for low tones around 200 Hz.

Die Lautheitskorrektur wird also nicht durch eine Anhebung des Signals erzeugt, sondern durch eine gegenüber der Grund lautstärke geringeren Absenkung erreicht. Besonders bei digi talen Systemen ist hierdurch eine wesentliche Dynamikverbes serung zu erzielen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann beispielsweise eine Bassanhebung bei kleinen Lautstärken von mehr als 60 dB erreicht werden.The loudness correction is therefore not an increase of the signal generated but by one versus the reason volume lower reduction reached. Especially with digi tal systems is therefore an essential dynamic association to achieve improvement. With the arrangement according to the invention for example a bass boost at low volumes of more than 60 dB can be achieved.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere für eine Realisierung in digitaler Schaltungstechnik, kann aber in gleicher Weise auch ohne Weiteres in analoger Schaltungs technik aufgebaut werden. Neben einer Ausführung in aus schließlich digitaler Hardware eignet sich die Anordnung ins besondere auch für die Implementierung in einem Signalprozes sor. Mittels geeigneter Software wird dazu beispielsweise das in Fig. 4 näher dargestellte Verfahren angewendet. Dabei er folgt zunächst eine Tiefpassfilterung des Audiosignals mit tels eines programmierten digitalen Filters und daran an schließend (optional) eine Phasenbeeinflussung (z. B. Verzö gerung) des ungefilterten Audiosignals in der gleichen Weise, wie dies durch das digitale Filter hervorgerufen wird. An schließend werden sowohl das gefilterte Audiosignal als auch das phasenbeeinflusste (verzögerte) Audiosignal entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Tabelle auf den gewünschten Lautstär kepegel beispielsweise durch unaufwendige Schiebeoperationen eingestellt. Abschließend kann das gefilterte, gedämpfte Audiosignal und das verzögerte, gedämpfte Audiosignal miteinan der addiert und als Ausgangssignal ausgegeben werden. Abgese hen davon, dass die Addition als letzter Schritt durchgeführt werden muss, ist die Reihenfolge der einzelnen Schritte be liebig, wobei im Hinblick auf das Rauschen im jeweiligen Sig nalzweig der Dämpfungsschritt möglichst spät erfolgen soll. The arrangement according to the invention is particularly suitable for implementation in digital circuit technology, but can also be easily constructed in the same way in analog circuit technology. In addition to an execution in exclusively digital hardware, the arrangement is also particularly suitable for implementation in a signal processor. For this purpose, using suitable software, for example, the method shown in FIG. 4 is used. He first low-pass filters the audio signal using a programmed digital filter and then (optionally) then influences the phase (e.g. delay) of the unfiltered audio signal in the same way as is caused by the digital filter. Then, both the filtered audio signal and the phase-influenced (delayed) audio signal are set to the desired volume level according to the table shown in FIG. 3, for example by uncomplicated shifting operations. Finally, the filtered, attenuated audio signal and the delayed, attenuated audio signal can be added together and output as an output signal. Apart from the fact that the addition has to be carried out as the last step, the order of the individual steps is arbitrary, with the attenuation step taking place as late as possible with regard to the noise in the respective signal branch.

Reference list

11

Audiosignal
Audio signal

22

Bandpass
Band pass

33rd

Phasenkorrekturschaltung
Phase correction circuit

44

Dämpfungsglied
Attenuator

55

Dämpfungsglied
Attenuator

66

Addierer
Adder

77

Ausgangssignal
Output signal

88th

Steuerschaltung
Control circuit

99

Lautstärkesteuersignal
A Amplitude
f Frequenz
Volume control signal
A amplitude
f frequency

Claims

1. Arrangement for properly adjusting the volume of an audio signal with
a filter device ( 2 ) driven by the audio signal ( 1 ) for frequency-selective filtering of the audio signal ( 1 ),
one of the filter means (2) downstream of the first controllable damping device (4)
a second controllable damping device ( 5 ), also controlled by the audio signal ( 1 ),
one with the two damping devices ( 4 , 5 ) connected adder ( 6 ) for generating a horn-rich output signal ( 7 ) and
one with the two damping devices ( 4 , 5 ) connected control device ( 8 ) for controlling the two damping devices ( 4 , 5 ) according to a predetermined volume.

2. Arrangement according to claim 1, in which the filter device ( 2 ) has a certain phase behavior and in which a phase shifter device ( 3 ) also controlled by the audio signal ( 1 ) is provided for generating an identical phase behavior to the filter device ( 2 ), which before the second damping device ( 5 ) is connected.

3. Arrangement according to one of the preceding claims, in which the two damping devices ( 4 , 5 ) are controlled in such a way that the damping of both damping devices ( 4 , 5 ) increases to different extents from zero to lower volumes.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, in which the first damping device ( 4 ) has a lower attenuation increase at lower volumes than the second damping device ( 5 ).

5. Arrangement according to one of the preceding claims, in which a low pass or a band pass is seen as a filter device ( 2 ).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, in which an all-pass or delay element is provided as the phase shifter device ( 3 ).

7. Procedure for adjusting the volume of an audio signal with the correct hearing, with the following steps:
Attenuating the audio signal with a first attenuation depending on the predetermined volume setting,
Frequency-selective filtering of the audio signal under occurrence of a certain phase behavior,
Attenuation of the filtered audio signal with a second attenuation depending on a predetermined volume setting, and
Summing the attenuated audio signal and the filtered, attenuated audio signal to generate an audible output signal.

8. The method according to claim 7, wherein with before steaming the second attenuation a phase shift of the audio signal to generate a phase ver. identical to the filter step holding is provided.

9. The method according to claim 7 or 8, wherein the two Attenuation depends on the volume setting, that the damping starts from zero to lower Volume levels increase differently.

10. The method according to claim 7, 8 or 9, wherein the damper the filtered audio signal to lower volumes has a smaller increase in damping than the damper the phase-shifted audio signal.

11. The method according to claim 7, 8, 9 or 10, in which as frequency selective filtering a low pass filtering or band pass filtering is provided.

12. The method according to claim 7, 8, 9 or 10, in which Phase shift an all-pass filtering or delay time provision is provided.