DE102008053095B4

DE102008053095B4 - A filter assembly

Info

Publication number: DE102008053095B4
Application number: DE102008053095.6A
Authority: DE
Inventors: Günther Nubert
Original assignee: NUBERT ELECTRONIC GmbH
Current assignee: NUBERT ELECTRONIC GmbH
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: EP2150074A3; DE102008053095A1; EP2150074A2

Abstract

Filteranordnung eines Lautsprechersystems, umfassend mehrere Filterebenen, in welchen jeweils eine Anordnung von Hochpässen erster Ordnung (7) und Tiefpässen erster Ordnung (8) vorgesehen ist, wobei die erste Filterebene einen Hochpass (7) und einen Tiefpass (8) aufweist, welchen über eine Signalverzweigung (6) ein Eingangssignal zugeführt ist, wobei der Ausgang eines Hochpasses (7) oder Tiefpasses (8) einer Filterebene über eine Signalverzweigung (6) auf einen Hochpass (7) und Tiefpass (8) der nächsten Filterebene geführt ist, wobei alle Hochpässe (7) und alle Tiefpässe (8) nach jeder Signalverzweigung (6) komplementär zu zueinander ausgebildet sind, und wobei die Ausgänge aller Hochpässe (7) und Tiefpässe (8) der letzten Filterebene zur Bildung von Ausgangssignalen durch Summenbildungen verknüpft sind, wodurch ein Filter höherer Ordnung gebildet wird, so dass mit der Filteranordnung nicht nur Signalanteile im Frequenzbereich, sondern auch im Zeitbereich fehlerfrei summiert werden, und wobei die Ausgangssignale Lautsprechern eines Mehrweg-Lautsprechersystems zugeführt werden.Filter arrangement of a loudspeaker system, comprising a plurality of filter planes, in each of which an array of first-order (7) and first-order lowpass filters (8) is provided, the first filter plane having a highpass (7) and a lowpass (8) across one Signal branch (6) an input signal is fed, wherein the output of a high pass (7) or low pass filter layer (8) via a signal branch (6) on a high pass (7) and low pass (8) of the next filter level is performed, all high passes (7) and all the low passes (8) after each signal branching (6) are complementary to each other, and wherein the outputs of all the high passes (7) and low passes (8) of the last filter plane are linked to form output signals by summation, whereby a filter higher order is formed, so that with the filter arrangement not only signal components in the frequency domain, but also in the time domain error-free summ and the output signals are supplied to loudspeakers of a reusable loudspeaker system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung.The invention relates to a filter arrangement.

Filteranordnungen, insbesondere Analogfilter der in Rede stehenden Art werden beispielsweise in Lautsprechersystemen eingesetzt. Derartige Lautsprechersysteme sind typischerweise als Mehrweg-Lautsprechersysteme ausgebildet, wobei neben Zweiweg-Lautsprechersystemen mit einem Hochton-Lautsprecher und einem Tiefton-Lautsprecher insbesondere auch Dreiweg-Lautsprechersysteme mit einem Hochton-Lautsprecher, einem Mittelton-Lautsprecher und einem Tiefton-Lautsprecher zum Einsatz kommen.Filter arrangements, in particular analog filters of the type in question are used for example in loudspeaker systems. Such loudspeaker systems are typically designed as reusable loudspeaker systems, whereby in addition to two-way loudspeaker systems with a high-frequency loudspeaker and a low-frequency loudspeaker, three-way loudspeaker systems with a high-frequency loudspeaker, a mid-range loudspeaker and a low-frequency loudspeaker are used in particular.

Bei Analog-Filtern wird unterschieden zwischen Passiv-Filtern, die hinter einem Leistungsverstärker und vor den einzelnen Lautsprecherchassis angeordnet werden und Aktiv-Filtern, bei denen das zu verstärkende Eingangssignal mittels einer Aktiv-Weiche, gefiltert wird, die als Analog- oder IIR-Filter-Anordnung ausgebildet sein kann. Die Ausgangssignale dieser Weiche werden dann den Leistungsverstärkern für die einzelnen Lautsprecher des Mehrweg-Lautsprechersystems zugeführt.For analog filters, a distinction is made between passive filters placed behind a power amplifier and in front of the individual loudspeaker chassis, and active filters in which the input signal to be amplified is filtered by means of an active switch, which is used as an analogue or IIR filter Arrangement may be formed. The output signals of this switch are then fed to the power amplifiers for the individual loudspeakers of the reusable loudspeaker system.

Bekanntermaßen können derartige Analogfilter von Filtern höherer Ordnung gebildet sein, wobei als bekannte Filtertypen Besselfilter, Butterworth-Filter oder Tschebyscheff-Filter eingesetzt werden können.As is known, such analog filters can be formed by higher-order filters, whereby Bessel filters, Butterworth filters or Chebyshev filters can be used as known filter types.

Bei Besselfiltern erhält man im Zeitbereich auf ein Eingangssignal in Form eines Rechtecksignals eine Sprungantwort ohne Überschwinger, wobei der Frequenzgang im Übergang vom Durchlass- in den Sperrbereich aber nicht so „scharf ausgeprägt” ist wie bei Butterworth- und Tschebyscheff-Filtern.In Bessel filters, in the time domain, an input signal in the form of a square wave signal is given a step response without overshoot, but the frequency response in the transition from the passband to the stopband is not as "pronounced" as in Butterworth and Chebyshev filters.

Bei Butterworth-Filtern ist der Frequenzgang maximal linear bis zu dem Frequenzpunkt, bei dem der Frequenzgangabfall einsetzt. Jedoch weist die Sprungantwort auf ein Rechtecksignal ein deutliches Überschwingen auf, welches mit zunehmender Ordnung der Filter immer größer wird.For Butterworth filters, the frequency response is maximally linear up to the frequency point at which the frequency response decay begins. However, the step response to a square wave signal clearly overshoots, which increases with increasing order of the filters.

Tschebyscheff-Filter liefern höchste Filtersteilheiten beim Durchlass in den Sperrbereich bei einer definierten Welligkeit im Übertragungsbereich. Jedoch weist die Sprungantwort ein noch stärkeres Überschwingen auf, als diese bei Butterworth-Filtern der Fall ist.Chebyshev filters provide highest filter steepnesses when passing in the stopband with a defined ripple in the transmission range. However, the step response has an even greater overshoot than is the case with Butterworth filters.

Bei sämtlichen der genannten Filtertypen wird ein summiertes Signal einer Filteranordnung aus Hoch- und Tiefpassfiltern zwar im Frequenzbereich sauber summiert, nicht jedoch im Zeitbereich. Diese nicht perfekte Summation im Zeitbereich führt zu Nichtlinearitäten der Signaldurchlaufzeiten (Gruppenlaufzeiten = group delay) im Summensignal des Mehrweg-Lautsprechersystems. Diese Nichtlinearitäten der Gruppenlaufzeit bewirken, dass ein Rechteck-Signal (als Beispiel ein sich abrupt änderndes Eingangssignal) bei der Wiedergabe mit dem Lautsprechersystem stark verformt wird. Während diese Nichtlinearitäten vom menschlichen Ohr bei Frequenzen oberhalb von 1,5 kHz nicht mehr wahrgenommen werden, werden diese im Frequenzbereich um 500 Hz als unpräzise und damit als störend empfunden, wobei die Nichtlinearitäten im Frequenzbereich zwischen etwa 50 und 150 Hz als „langsame” Bässe hörbar sind.In all of the above filter types, a summed signal of a filter arrangement of high and low pass filters is summed cleanly in the frequency domain, but not in the time domain. This imperfect summation in the time domain leads to non-linearities of the signal transit times (group delay = group delay) in the sum signal of the reusable loudspeaker system. These group delay nonlinearities cause a square wave signal (for example, an abruptly changing input signal) to be greatly deformed during playback with the speaker system. While these nonlinearities are no longer perceived by the human ear at frequencies above 1.5 kHz, they are perceived in the frequency range around 500 Hz as imprecise and thus disturbing, the nonlinearities in the frequency range between about 50 and 150 Hz as "slow" bass are audible.

Prinzipiell können derartige Klangprobleme bei der Impulsverarbeitung in Mehrweg-Lautsprechersystemen, beziehungsweise Systemen mit Subwoofern mit Satelliten-Lautsprecher, durch den Einsatz von digitalen Signalprozessen mit FIR-Filtern (finite impulse response filter) gelöst werden. Abgesehen davon, dass derartige Systeme sehr teuer sind, besteht ein wesentlicher Nachteil von digitalen Signalprozessoren mit FIR-Filtern – im Gegensatz zu digitalen Signalprozessoren mit IIR-Filtern (infinite impulse response filter) – darin, dass durch deren Einsatz, je nach gewünschter unterer Grenzfrequenz, Signalverzögerungen bis zu etwa 50 ms auftreten, was den Einsatz der Lautsprechersysteme in Echtzeitanwendungen wie Live-Übertragungen unmöglich macht. Weiterhin müssen aufgrund dieser Effekte bei Bildschirmen konventioneller Fernsehsysteme die zugehörigen Bildsignale digital verzögert werden, damit Dialoge „lippensynchron” wiedergegeben werden können.In principle, such sound problems in impulse processing in reusable loudspeaker systems or systems with subwoofers with satellite loudspeakers can be solved by the use of digital signal processes with FIR filters (finite impulse response filter). Apart from the fact that such systems are very expensive, a major disadvantage of digital signal processors with FIR filters - in contrast to digital signal processors with IIR filters (infinite impulse response filter) - is that their use, depending on the desired lower cutoff frequency , Signal delays of up to about 50 ms occur, making the use of speaker systems in real-time applications such as live broadcasts impossible. Furthermore, due to these effects in screens of conventional television systems, the associated image signals must be digitally delayed, so that dialogues "lip-sync" can be played back.

Der einzige bisher verfügbare analoge (oder IIR) Filtertyp, der die Forderung nach perfekter Summierung von Hochpass- und Tiefpassfiltern sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich erfüllt, ist ein Filter erster Ordnung (also mit der Steilheit von 6 dB/Oct.). Mit so „flachen” Filtersteilheiten ist ein Lautsprechersystem weder sauber realisierbar noch sinnvoll. Bei einer Reihenschaltung mehrerer Hochpass-Stufen für den Hochton-Kanal und mehrerer Tiefpass-Stufen für den Tieftonkanal wird die Steilheit erhöht, jedoch geht dann die perfekte Summierung des Ausgangssignals im Zeitbereich verloren.The only analog (or IIR) type of filter available to date that meets the requirement for perfect summation of high and low pass filters in both the frequency and time domain is a first-order filter (that is, 6 dB / oct). With such "flat" filter gradients, a speaker system is neither clean nor meaningful. A series connection of several high-pass channels for the high-frequency channel and several low-pass stages for the low-frequency channel increases the steepness, but then the perfect summation of the output signal in the time domain is lost.

Die DE 36 27 679 A1 betrifft eine Filteranordnung zur Aufteilung eines Signals, insbesondere eines Audiosignals, in mehrere Komponenten unterschiedlicher Frequenzbereiche. Die Filteranordnung umfasst mehrere linearphasige Teilfilter. Die Teilfilter sind als Weichenfilter mit je einem Hochpassausgang und je einem Tiefpassausgang ausgebildet, deren Signale zueinander komplementäre Frequenzgänge aufweisen.The DE 36 27 679 A1 relates to a filter arrangement for dividing a signal, in particular an audio signal, into a plurality of components of different frequency ranges. The filter arrangement comprises a plurality of linear-phase sub-filters. The sub-filters are designed as a crossover filter, each with a high-pass output and a respective low-pass output whose signals have mutually complementary frequency responses.

Die US 3 467 758 A betrifft ein Mehrweg-Lautsprechersystem mit einer Filteranordnung zur spektralen Aufteilung eines Audiosignals in Teilbänder, wobei Oktav-Filter und Hochpass-/Tiefpass-Filter verwendet werden und wobei die Ausgangssignale aller Filter verknüpft/summiert werden, um die kombinierten Summensignale über Verstärker verschiedenen Lautersprecher zuzuführen.The US 3 467 758 A relates to a reusable speaker system with a filter arrangement for spectral division of an audio signal into subbands using octave filters and high pass / low pass filters, and combining and summing the outputs of all filters to supply the combined sum signals to different speaker terminals via amplifiers.

Die DE 195 33 946 A1 betrifft ein Verfahren zur Aufteilung eines elektrischen Frequenzgemisches in Teilfrequenzbereiche, wobei die Tiefpassfunktion durch elektrische Subtraktion eines zeitverzögerten Hochpasssignales vom Originalsignal gebildet wird. Das verzögerte oder unverzögerte Hochpasssignal des Hochpasskanals und der Tiefpasskanal können zusätzlich mit einer elektrischen Schaltungseinrichtung, welche den Phasen- und Frequenzgang des angeschlossenen Lautsprecher berücksichtigt entzerrt werden.The DE 195 33 946 A1 relates to a method for dividing an electric frequency mixture into sub-frequency ranges, wherein the low-pass function is formed by electrical subtraction of a time-delayed high-pass signal from the original signal. The delayed or undelayed high-pass signal of the high-pass channel and the low-pass channel can additionally be equalized with an electrical circuit device which takes into account the phase and frequency response of the connected loudspeaker.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filteranordnung bereitzustellen, welche eine hohe Flankensteilheit aufweist und mittels derer eine möglichst perfekte Summierung von Signalanteilen sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich erhalten wird.The invention has for its object to provide a filter arrangement which has a high edge steepness and by means of which a perfect as possible summation of signal components in both the frequency and the time domain is obtained.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Filteranordnung eines Lautsprechersystems umfasst mehrere Filterebenen, in welchen jeweils eine Anordnung von Hochpässen und Tiefpassen erster Ordnung vorgesehen sind. Die erste Filterebene weist einen Hochpass und einen Tiefpass auf, welchen über eine Signalverzweigung ein Eingangssignal zugeführt wird. Der Ausgang eines Hochpasses oder Tiefpasses einer Filterebene ist über eine Signalverzweigung auf einen Hochpass und Tiefpass der nächsten Filterebene geführt. Alle Hochpässe und alle Tiefpässe sind nach jeder Signalverzweigung komplementär zu zueinander ausgebildet. Die Ausgänge aller Hochpässe und Tiefpässe der letzten Filterebene sind zur Bildung von Ausgangssignalen durch Summenbildungen verknüpft. Dadurch wird ein Filter höherer Ordnung gebildet, so dass mit der Filteranordnung nicht nur Signalanteile im Frequenzbereich, sondern auch im Zeitbereich fehlerfrei summiert werden. Die Ausgangssignale werden Lautsprechern eines Mehrweg-Lautsprechersystems zugeführt.The filter arrangement according to the invention of a loudspeaker system comprises a plurality of filter planes, in each of which an arrangement of high passes and low-pass first order are provided. The first filter plane has a high pass and a low pass, to which an input signal is fed via a signal branch. The output of a high-pass or low-pass filter level is routed via a signal branching to a high pass and low pass of the next filter level. All high passes and all low passes are formed after each signal branch complementary to each other. The outputs of all high passes and low passes of the last filter level are linked to form output signals by summation. As a result, a filter of higher order is formed so that not only signal components in the frequency domain but also in the time domain are summed without errors with the filter arrangement. The output signals are fed to loudspeakers of a reusable loudspeaker system.

Die erfindungsgemäße Filteranordnung kann einerseits als Analogfilter ausgebildet sein. Ein derartiger Analogfilter ist als Aktiv-Filter ausgebildet oder als Passiv-Filter angenähert, wobei der Passiv-Filter nach den Vorgaben des entsprechenden Aktiv-Filters abgeleitet, dimensioniert und an dessen Übertragungskurven angenähert ist. Alternativ kann die Filteranordnung in Form von IIR-Filtern in einem digitalen Signalprozessor gebildet sein.The filter arrangement according to the invention can be designed on the one hand as an analog filter. Such an analog filter is designed as an active filter or approximated as a passive filter, wherein the passive filter derived according to the specifications of the corresponding active filter, dimensioned and approximated to the transfer curves. Alternatively, the filter arrangement may be formed in the form of IIR filters in a digital signal processor.

Die erfindungsgemäße Filteranordnung bildet einen Filter höherer Ordnung, mittels dessen nach erfolgter Summierung ein exakt dem Originalsignal entsprechendes Ausgangssignal erhalten wird. Dies beruht darauf, dass mit der erfindungsgemäßen Filteranordnung nicht nur Signalanteile im Frequenzbereich, sondern auch im Zeitbereich fehlerfrei summiert werden.The filter arrangement according to the invention forms a filter of higher order, by means of which, after the summation, an output signal which corresponds exactly to the original signal is obtained. This is based on the fact that not only signal components in the frequency domain but also in the time domain are summed without errors with the filter arrangement according to the invention.

Ein wesentlicher Aspekt bei der erfindungsgemäßen Filteranordnung besteht darin, dass mit dieser nicht nur im Frequenzbereich, sondern auch im Zeitbereich eine perfekte Summation einzelner Signalanteile erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, dass alle Hochpässe einerseits und alle Tiefpässe andererseits nach jedem Verzweigungspunkt jeweils identisch sind und diese Hochpässe und Tiefpässe komplementär zueinander ausgebildet sind, das heißt dieselbe Eckfrequenz aufweisen. Demgegenüber ist eine derartige Identität von Hochpässen und Tiefpässen zu den anderen „Hoch- und Tiefpass-Paaren” des Filters nicht erforderlich, kann jedoch für die Gesamtfilterauslegung vorteilhaft sein.An essential aspect of the filter arrangement according to the invention is that with this not only in the frequency range, but also in the time domain, a perfect summation of individual signal components takes place. This is achieved in that all high passes on the one hand and all low passes on the other hand are identical after each branch point and these high passes and low passes are complementary to each other, that is, have the same corner frequency. In contrast, such identity of high and low passes to the other "high and low pass pairs" of the filter is not required, but may be advantageous for the overall filter design.

Aufgrund der Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Filteranordnung besonders vorteilhaft für Mehrweg-Lautsprechersysteme eingesetzt werden. Durch die fehlerfreie Summation der Einzelsignalanteile in der Filteranordnung werden Nichtlinearitäten der Gruppenlaufzeiten und dadurch bedingte unerwünschte Verformungen der Ausgangssignale des Analogfilters und somit Klangbeeinträchtigungen des Lautsprechersystems vermieden. Die Elimination von Nichtlinearitäten der Gruppenlaufzeiten bei der erfindungsgemäßen Filteranordnung ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen von Lautsprechersystemen mit einem Subwoofer und mehreren Satelliten-Lautsprechern. Bei herkömmlichen Lautsprechersystemen dieser Art wird durch die Filterung der Subwoofer-Signale typischerweise eine im ms-Sekundenbereich liegende Signalverzögerung gegenüber den Mittel- und Hochton-Signalen der Satelliten-Lautsprecher erhalten. Dies entspricht im Ortsbereich einer Verzögerungsstrecke von oft über 2 m, um welche die Schallsignale des Subwoofers gegenüber den Mittel- und Hochton-Schallsignalen der Satelliten-Lautsprecher verzögert am Ohr des Hörers ankommen, das heißt dies stellt eine deutlich hörbare Beeinträchtigung der Klangeigenschaften des Lautsprechersystems dar. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Filteranordnung können derartige Verzögerungen auf exakt oder nahezu null reduziert werden.Because of the properties, the filter arrangement according to the invention can be used particularly advantageously for reusable loudspeaker systems. Due to the error-free summation of the individual signal components in the filter arrangement, nonlinearities of the group delays and consequent undesirable deformations of the output signals of the analog filter and thus sound impairments of the loudspeaker system are avoided. The elimination of non-linearities of the group delay in the inventive filter arrangement is particularly advantageous in applications of loudspeaker systems with a subwoofer and several satellite speakers. In conventional loudspeaker systems of this type, the filtering of the subwoofer signals typically provides a millisecond signal delay to the center and treble signals of the satellite speakers. This corresponds in the local area of a delay distance of often more than 2 m, by which the sound signals of the subwoofer against the mid and high-pitched sound signals of satellite speakers delayed arrive at the ear of the listener, that is, this represents a clearly audible impairment of the sound characteristics of the speaker system By using the filter arrangement according to the invention, such delays can be reduced to exactly or almost zero.

Im Vergleich zum Einsatz von digitalen Signalprozessoren mit FIR-Filtern weist der erfindungsgemäße Analogfilter, aber auch der entsprechende IIR-Filter als weiteren Vorteil eine signifikant niedrige Signaldurchlaufzeit auf, so dass unerwünschte Signalverzögerungen vermieden werden. Damit können Lautsprechersysteme mit dem erfindungsgemäßen Analog- oder IIR-Filter problemlos für Live-Übertragungen eingesetzt werden.In comparison to the use of digital signal processors with FIR filters, the analog filter according to the invention, but also the corresponding one IIR filter as a further advantage to a significantly low signal transit time, so that unwanted signal delays are avoided. This loudspeaker systems can be used with the analog or IIR filter according to the invention easily for live broadcasts.

Weiterhin besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Analog- oder IIR-Filters darin, dass mit dem Analogfilter Flankensteilheiten der frequenzabhängigen Verstärkungen erhalten werden, die optimal an die Charakteristiken von Lautsprechern von Mehrweg-Lautsprechersystemen angepasst werden können.Furthermore, a significant advantage of the analog or IIR filter according to the invention is that with the analog filter edge slopes of the frequency-dependent gains are obtained, which can be optimally adapted to the characteristics of loudspeakers of reusable loudspeaker systems.

Generell entsprechen die Frequenzgänge von Lautsprecher-Chassis einer Reihenschaltung von Hochpass- und Tiefpassfiltern mit mehr oder weniger großen Welligkeiten im Übertragungsbereich. Daher ist insbesondere die Steilheit eines den unteren Frequenzbereich des Übertragungsbereichs modellierenden internen Hochpassfilters von der Konstruktion des Chassis abhängig. Bei Tiefton-Lautsprechern und Mittelton-Lautsprechern in jeweils geschlossenen Gehäusen als Bestandteilen von Dreiweg-Lautsprechersystemen beträgt diese Steilheit typischerweise 12 dB/Oct. Bei Hochton-Lautsprechern derartiger Dreiweg-Lautsprechersysteme liegt diese Steilheit oft sogar noch höher.In general, the frequency responses of loudspeaker chassis correspond to a series connection of high-pass and low-pass filters with more or less large ripples in the transmission range. Therefore, in particular, the steepness of an internal high-pass filter modeling the lower frequency range of the transmission range depends on the structure of the chassis. For sub woofers and midrange speakers in enclosed enclosures as components of three-way loudspeaker systems, this transconductance is typically 12 dB / oct. In high-frequency speakers of such three-way speaker systems, this steepness is often even higher.

Aufgrund dieser Filterwirkungen als innere Eigenschaften der Chassis von Hochton-Lautsprechern, Mittelton-Lautsprechern und Tiefton-Lautsprechern ist es erforderlich, Filter mit entsprechenden Steilheiten für derartige Lautsprecher einzusetzen. Dies bedeutet, dass Filter 1. Ordnung, das heißt Filter mit Steilheiten von 6 db/Oct. für derartige Lautsprechersysteme nicht ausreichend sind. Vielmehr müssen Filter höherer Ordnung mit Steilheiten von mindestens 12 db/Oct. eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Filteranordnung erfüllt diese Anforderungen, so dass die Filteranordnung mit den Lautsprechern des Lautsprechersystems so dimensioniert werden kann, dass eine perfekte Annäherung an die geforderten Signalverläufe in den einzelnen Pfaden des Mehrweg-Lautsprechersystems ermöglicht wird.Due to these filtering effects as internal characteristics of the chassis of high-frequency speakers, mid-range speakers and woofers, it is necessary to use filters with corresponding slopes for such speakers. This means that first-order filters, that is filters with slopes of 6 db / oct. are not sufficient for such speaker systems. Rather, higher-order filters with slopes of at least 12 db / oct. be used. The filter arrangement according to the invention fulfills these requirements, so that the filter arrangement with the loudspeakers of the loudspeaker system can be dimensioned such that a perfect approximation to the required signal profiles in the individual paths of the reusable loudspeaker system is made possible.

Die erfindungsgemäße Filteranordnung kann für beliebige Mehrweg-Lautsprechersysteme eingesetzt werden, wobei durch eine geeignete Dimensionierung des Analogfilters für die Kanäle das Mehrweg-Lautsprechersystem eine perfekte Summation der Einzelsignale sowohl im Frequenz- und Zeitbereich erhalten wird. Insbesondere kann der Analogfilter für Zwei-, Drei- und Mehrweg-Lautsprechersysteme verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist, dass für den Mittelton-Lautsprecher eines Dreiweg-Lautsprechersystems Flankensteilheiten von 12 db/Oct. – oder noch höher – erhalten werden können, was mit bisher bekannten Analog- oder IIR-Filtern nicht möglich war. Derartige hohe Flankensteilheiten von Mittelton-Lautsprechern und entsprechend auch den weiteren Mehrweg-Lautsprechersystemen sind insbesondere auch deshalb erforderlich, um unerwünschte Interferenzen zwischen den von den Lautsprechern abgegebenen Schallsignalen zu vermeiden.The filter arrangement according to the invention can be used for any reusable loudspeaker systems, wherein a suitable dimensioning of the analog filter for the channels, the reusable loudspeaker system a perfect summation of the individual signals in both the frequency and time domain is obtained. In particular, the analog filter can be used for two-, three- and multi-way speaker systems. It is particularly advantageous that for the mid-range speaker of a three-way speaker system edge steepnesses of 12 db / Oct. - or even higher - can be obtained, which was not possible with previously known analog or IIR filters. Such high edge steepnesses of mid-range loudspeakers and correspondingly also the further reusable loudspeaker systems are therefore particularly necessary in order to avoid unwanted interference between the sound signals emitted by the loudspeakers.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1a: Erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filteranordnung für ein Dreiweg-Lautsprechersystem. 1a : First exemplary embodiment of the filter arrangement according to the invention for a three-way loudspeaker system.

1b: Variante der Ausführungsform gemäß 1a. 1b : Variant of the embodiment according to 1a ,

2a: Frequenzgang der einzelnen Ausgangs-Kanäle der Filteranordnung gemäß 1a für die unterschiedlichen Lautsprecher des Dreiweg-Lautsprechersystems. 2a : Frequency response of the individual output channels of the filter arrangement according to 1a for the different speakers of the three-way speaker system.

2b: Frequenzgang der einzelnen Ausgangs-Kanäle der Filteranordnung gemäß 1b für die unterschiedlichen Lautsprecher des Dreiweg-Lautsprechersystems. 2 B : Frequency response of the individual output channels of the filter arrangement according to 1b for the different speakers of the three-way speaker system.

3: Frequenzgang der Phasenantwort der einzelnen Ausgangs-Kanäle der Filteranordnung gemäß 1b für die unterschiedlichen Lautsprecher des Dreiweg-Lautsprechersystems. 3 : Frequency response of the phase response of the individual output channels of the filter arrangement according to 1b for the different speakers of the three-way speaker system.

4: Frequenzgang der Gruppenlaufzeiten der einzelnen Kanäle der Filteranordnung gemäß 1b für die unterschiedlichen Lautsprecher des Dreiweg-Lautsprechersystems. 4 : Frequency response of the group delay of the individual channels of the filter arrangement according to 1b for the different speakers of the three-way speaker system.

5a: Schematische Darstellung der zeitabhängigen Sprungantwort auf ein Rechtecksignal für das System gemäß 1b. 5a : Schematic representation of the time-dependent step response to a square wave signal for the system according to 1b ,

5b: Schematische Darstellung der zeitabhängigen Sprungantwort auf ein Rechtecksignal für eine nach dem Stand der Technik realisierte Drei-Weg-Weiche. 5b : Schematic representation of the time-dependent step response to a square wave signal for a realized according to the prior art three-way switch.

6a: Zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filteranordnung für ein Dreiweg-Lautsprechersystem. 6a : Second embodiment of the filter arrangement according to the invention for a three-way speaker system.

6b: Variante der Ausführungsform gemäß 6a. 6b : Variant of the embodiment according to 6a ,

1a zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Filteranordnung in Form eines Analogfilters 1 für ein Dreiweg-Lautsprechersystem. Generell kann die Filteranordnung auch von IIR-Filtern eines digitalen Signalprozessors gebildet sein. Das Dreiweg-Lautsprechersystem umfasst einen Hochton-Lautsprecher 2, einen Mittelton-Lautsprecher 3 und einen Tiefton-Lautsprecher 4, welche an Ausgängen des Analogfilters 1 angeordnet und in 1 schematisch dargestellt sind. 1a shows an example of the filter arrangement according to the invention in the form of an analog filter 1 for a three-way speaker system. In general, the filter arrangement can also be formed by IIR filters of a digital signal processor. The Three-way speaker system includes a high-frequency speaker 2 , a midrange speaker 3 and a woofer 4 , which are connected to outputs of the analog filter 1 arranged and in 1 are shown schematically.

Ein in einem Signalgenerator 5 generiertes Eingangssignal durchläuft eine Signalverzweigung 6, wobei ein Zweig des Eingangssignals auf einen Hochpass erster Ordnung 7 und der zweite Zweig auf einen Tiefpass erster Ordnung 8 geführt ist. Der Hochpass 7 und der Tiefpass 8 bilden Filterelemente einer ersten Filterebene des Analogfilters 1. Generell werden in der vorliegenden Anmeldung die Begriffe Hochpass 7 und Tiefpass 8 als Kurzform für einen Hochpassfilter erster Ordnung beziehungsweise Tiefpassfilter erster Ordnung verwendet.One in a signal generator 5 Generated input signal goes through a signal branch 6 , wherein a branch of the input signal to a first-order high pass 7 and the second branch to a first order low pass 8th is guided. The high pass 7 and the low pass 8th form filter elements of a first filter level of the analog filter 1 , Generally, in the present application, the terms high pass 7 and low pass 8th used as a short form for a first-order high-pass filter or first-order low-pass filter.

Der Ausgang des Hochpasses 7 der ersten Filterebene verzweigt an einer weiteren Signalverzweigung 6 auf einen Hochpass 7 und einen Tiefpass 8 in einer zweiten Filterebene. Ebenso verzweigt der Ausgang des Tiefpasses 8 der ersten Filterebene auf einen Hochpass 7 und einen Tiefpass 8 in der zweiten Filterebene.The exit of the high pass 7 the first filter level branches at a further signal branching 6 on a high pass 7 and a low pass 8th in a second filter level. Similarly, the output of the low pass branches 8th the first filter level to a high pass 7 and a low pass 8th in the second filter level.

Diese Strukturbildung wird für die Bildung der dritten und vierten Filterebene des Analogfilters 1 gemäß 1 fortgesetzt. Somit verzweigt der Ausgang jedes Hochpasses 7 oder Tiefpasses 8 der zweiten Filterebene auf einen Hochpass 7 und Tiefpass 8 der dritten Filterebene. Entsprechend verzweigt jeder Hochpass 7 oder Tiefpass 8 der dritten Filterebene auf einen Hochpass 7 und Tiefpass 8 der vierten Ebene.This pattern formation is used for the formation of the third and fourth filter levels of the analog filter 1 according to 1 continued. Thus, the output of each high pass branches 7 or low pass 8th the second filter level to a high pass 7 and low pass 8th the third filter level. Accordingly, every high pass branches 7 or low pass 8th the third filter level to a high pass 7 and low pass 8th the fourth level.

Damit ergibt sich die in 1 dargestellte Struktur des Analogfilters 1 mit vier Filterebenen, wobei in 1 immer alle Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 einer Filterebene untereinander gezeichnet sind. Aufgrund der Verzweigungsstruktur der Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 von der einen Filterebene zur nächsten weist die n-te Filterebene 2ⁿ Elemente in Form eines Hochpasses 7 oder Tiefpasses 8 auf.This results in the in 1 illustrated structure of the analog filter 1 with four filter levels, with in 1 always all high passes 7 and low passes 8th a filter plane are drawn between each other. Due to the branching structure of the high passes 7 and low passes 8th from the one filter level to the next, the nth filter level has 2 ⁿ elements in the form of a high-pass filter 7 or low pass 8th on.

Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Analogfilter 1 ist, dass alle Hochpässe 7 und ebenso alle Tiefpässe 8 nach jeder Verzweigung 6 identisch sind. Weiterhin sind diese Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 komplementär ausgebildet, das heißt sie weisen identische Eckfrequenzen auf.Essential in the analog filter according to the invention 1 is that all high passes 7 and also all low passes 8th after each branch 6 are identical. Furthermore, these are high passes 7 and low passes 8th formed complementary, that is, they have identical corner frequencies.

Die Tief- und Hochpass-Paare nach anderen Verzweigungspunkten 6, zum Beispiel auch in unterschiedlichen Filterebenen, können dagegen prinzipiell andere Eckfrequenzen aufweisen. Im vorliegenden Fall jedoch sind die Hochpässe 7 aller Filterebenen identisch. Ebenso sind die Tiefpässe 8 aller Filterebenen identisch. Die Eckfrequenzen der Hochpässe 7 beziehungsweise Tiefpässe 8 liegen im vorliegenden Fall bei 2 kHz.The low and high pass pairs after other branch points 6 , for example, in different filter levels, in contrast, may have other corner frequencies in principle. In the present case, however, the high passes are 7 identical to all filter levels. Likewise, the low passes 8th identical to all filter levels. The corner frequencies of the high passes 7 or low passes 8th are in the present case at 2 kHz.

1a zeigt das Prinzip der Summierung der Ausgänge aller Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 der vierten und letzten Filterebene, die durch Summierer in Form von Summationsglieder 9a, 9b, 9c verknüpft sind, wobei die so gebildeten Ausgangssignale des Analogfilters 1 über Leistungsverstärker 10 den einzelnen Lautsprechern des Lautsprechersystems zugeführt werden. Generell ist es entscheidend, dass bei dem erfindungsgemäßen Analogfilter 1 die Ausgänge aller Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 durch Summation zu Ausgangssignalen, die auf Lautsprecher führen, verknüpft sind. 1a shows the principle of summing the outputs of all high passes 7 and low passes 8th the fourth and last filter plane, which are summated by summators 9a . 9b . 9c are linked, wherein the thus formed output signals of the analog filter 1 via power amplifier 10 be supplied to the individual speakers of the speaker system. In general, it is crucial that in the inventive analog filter 1 the exits of all high passes 7 and low passes 8th Summed to output signals that lead to speakers are linked.

Die Ausgänge des obersten Hochpasses 7 und des obersten Tiefpasses 8 der vierten Filterebene sind auf ein Summationsglied 9a geführt, dessen Ausgangssignal auf den Hochton-Lautsprecher 2 des Lautsprechersystems geführt sind.The exits of the highest high pass 7 and the highest lowpass 8th the fourth filter level are on a summation element 9a led, whose output signal to the treble speaker 2 led the speaker system.

Die Ausgänge des untersten Hochpasses 7 und des untersten Tiefpasses 8 der vierten Filterebene sind auf ein Summationsglied 9c geführt, dessen Ausgangssignal auf den Tiefton-Lautsprecher 4 des Lautsprechersystems geführt ist.The outputs of the lowest high pass 7 and the lowest lowpass 8th the fourth filter level are on a summation element 9c led, whose output signal to the woofer 4 of the speaker system is performed.

Die Ausgänge der restlichen Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 sind auf eine Kaskade von insgesamt acht Summationsglieder 9b geführt, wobei das Ausgangssignal des letzten Summationsglieds 9b der Kaskade auf dem Mittelton-Lautsprecher 3 des Lautsprechersystems geführt ist.The exits of the remaining high passes 7 and low passes 8th are on a cascade of a total of eight summators 9b guided, wherein the output signal of the last summation element 9b the cascade on the midrange speaker 3 of the speaker system is performed.

In 1a ist mit der Bezugsziffer 11 ein weiteres Summationsglied bezeichnet. Dies stellt keinen physikalischen Summierer dar, sondern veranschaulicht, dass sich am Ohr eines Hörers die von den Lautsprechern des Lautsprechersystems generierten Schallsignale zu einem Gesamtsignal überlagern.In 1a is with the reference number 11 denotes a further summation element. This does not represent a physical totalizer, but illustrates that the sound signals generated by the loudspeakers of the loudspeaker system are superimposed on the ear of a listener to form an overall signal.

Bei der Grundform der Summierung haben die Flanken des Mitteltöner-Frequenzgangs lediglich eine Steilheit von 6 dB/Oct.In the basic form of summation, the edges of the midrange frequency response only have a slope of 6 dB / oct.

1b zeigt eine Variante der Ausführungsform gemäß 1a. Die Anordnung der Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 des Analogfilters 1 gemäß 1b entspricht der Anordnung gemäß 1a. Die Ausführungsform gemäß 1b unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 1a in der Summierung der Ausgangssignale der Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 der letzten Filterebene. 1b shows a variant of the embodiment according to 1a , The arrangement of the high passes 7 and low passes 8th of the analog filter 1 according to 1b corresponds to the arrangement according to 1a , The embodiment according to 1b differs from the embodiment according to 1a in the summation of the output signals of the high passes 7 and low passes 8th the last filter level.

Bei der Ausführungsform gemäß 1b werden Ausgangssignale von Hochpässen 7 und Tiefpässen 8 auf erste Summationsglieder 9b geführt. Der Ausgang eines ersten Summationsglieds 9b sowie des obersten Hochpasses 7 und des obersten Tiefpasses 8 der letzten Filterebene sind auf ein Summationsglied 9a geführt, dessen Ausgang über einen Leistungsverstärker 10 zum Hochton-Lautsprecher 2 geführt ist. Die Ausgänge der mittleren Summationsglieder 9b sind auf ein weiteres Summationsglied 9a geführt, dessen Ausgang über einen Leistungsverstärker 10 auf den Mittelton-Lautsprecher 3 geführt ist. Schließlich sind der Ausgang des untersten Summationsglieds 9b sowie des untersten Hochpasses 7 und des untersten Tiefpasses 8 der letzten Filterebene auf ein Summationsglied 9c geführt, dessen Ausgang über einen Leistungsverstärker 10 zum Tiefton-Lautsprecher 4 geführt ist.In the embodiment according to 1b become output signals of high passes 7 and low passes 8th on first summation members 9b guided. The output of a first summation element 9b as well as the highest high pass 7 and the top one lowpass 8th the last filter level are on a summation element 9a led, whose output via a power amplifier 10 to the treble speaker 2 is guided. The outputs of the average summation elements 9b are on another summation element 9a led, whose output via a power amplifier 10 on the midrange speaker 3 is guided. Finally, the output of the lowest summation element 9b as well as the lowest high pass 7 and the lowest lowpass 8th the last filter level to a summation element 9c led, whose output via a power amplifier 10 to the woofer speaker 4 is guided.

Mit dieser Summation sind höhere Flankensteilheiten erzielbar als mit der Anordnung gemäß 1a.With this summation, higher edge steepnesses can be achieved than with the arrangement according to FIG 1a ,

2a zeigt den Frequenzgang der Verstärkungen der einzelnen Kanäle des Analogfilters 1 gemäß 1a. Dabei ist mit „Hochtöner” der zum Hochton-Lautsprecher 2 geführte Kanal des Analogfilters 1, das heißt das Ausgangssignal am Summationsglied 9a, bezeichnet. Entsprechend sind mit den Begriffen „Mitteltöner” und „Tieftöner” die zu dem Mittelton-Lautsprecher 3 beziehungsweise Tiefton-Lautsprecher 4 fahrenden Ausgangssignale des Analogfilters 1 bezeichnet. Mit „Summe” ist in 2 das Summensignal aller drei Einzelsignale bezeichnet. 2a shows the frequency response of the gains of the individual channels of the analog filter 1 according to 1a , It is with "tweeter" to the treble speaker 2 guided channel of the analog filter 1 , that is the output signal at the summation element 9a , designated. Accordingly, the terms "midrange" and "woofer" refer to the midrange speaker 3 or woofer speakers 4 moving output signals of the analog filter 1 designated. With "Sum" is in 2 denotes the sum signal of all three individual signals.

Wie aus 2a ersichtlich, addieren sich die frequenzabhängigen Verstärkungen zu einem frequenzunabhängigen Summensignal, das heißt es erfolgt eine gleichförmige Verstärkung aller Frequenzanteile.How out 2a As can be seen, the frequency-dependent gains add up to a frequency-independent sum signal, that is, there is a uniform gain of all frequency components.

Wie aus 2a weiter ersichtlich, weist der Mitteltöner im vorliegenden Fall eine relativ geringe Flankensteilheit von etwa 6 db/Oct. auf. Durch eine geeignete Dimensionierung des Analogfilters 1, wobei dieser wenigstens vier oder besser sogar fünf Filterebenen aufweist, lassen sich Flankensteilheiten von 12 db/Oct. oder höher erhalten.How out 2a As can further be seen, the midrange in the present case has a relatively low slope of about 6 db / oct. on. By a suitable dimensioning of the analog filter 1 , which has at least four or better even five filter levels, edge slopes of 12 db / Oct. or higher.

Durch eine Auslegung des Analogfilters 1 mit vier oder mehr Filterebenen kann das Verhalten der einzelnen Lautsprecher des Lautsprechersystems in die Dimensionierung des Analogfilters 1 mit einbezogen werden, so dass 2a entsprechende Kurvenverläufe nicht allein den Analogfilter 1, sondern das Gesamtsystem bestehend aus Analogfilter 1 und den Lautsprechern des Lautsprechersystems repräsentieren. Dasselbe gilt für die Kennlinien der 3 bis 5.By a design of the analog filter 1 With four or more filter levels, the behavior of each loudspeaker of the loudspeaker system can be dimensioned into the analog filter 1 be involved, so that 2a corresponding curves not only the analog filter 1 but the whole system consisting of analog filter 1 and the speakers of the speaker system. The same applies to the characteristics of the 3 to 5 ,

2b zeigt den Frequenzgang der Verstärkungen der einzelnen Kanäle des Analogfilters 1 gemäß 1b. Die dort gewählten Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen von 2a. 2 B shows the frequency response of the gains of the individual channels of the analog filter 1 according to 1b , The designations used there correspond to the designations of 2a ,

Auch bei dem in 2b gezeigten Beispiel addieren sich die frequenzabhängigen Verstärkungen zu einem frequenzunabhängigen Summensignal. Im Vergleich zum Beispiel gemäß 2a werden jedoch erheblich höhere Flankensteilheiten erzielt, die für den Mitteltöner bei 12 db/Oct. liegen. Dies beruht auf der verbesserten Summation der Ausgangssignale der Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 der letzten Filterebene in der Filteranordnung gemäß 1b.Also at the in 2 B As shown, the frequency-dependent gains add up to a frequency-independent sum signal. Compared to the example according to 2a However, significantly higher edge slopes are achieved, which for the midrange at 12 db / Oct. lie. This is due to the improved summation of the output signals of the high passes 7 and low passes 8th the last filter plane in the filter assembly according to 1b ,

3 zeigt die Frequenzabhängigkeit des Phasengangs der Kanäle des Analogfilters 1 gemäß 1b. Wie aus 3 ersichtlich, zeigen die einzelnen Kanäle des Analogfilters 1, das heißt der Hochtöner, Mitteltönen und der Tieftöner, starke Frequenzabhängigkeit. Jedoch ist das Summensignal „Summe” nicht phasenabhängig. Dies bedeutet, dass mit dem Summensignal ein phasenunabhängiges Gesamt-Ausgangssignal für die Lautsprecher des Lautsprechersystems bereitgestellt wird. 3 shows the frequency dependence of the phase response of the channels of the analog filter 1 according to 1b , How out 3 can be seen, show the individual channels of the analog filter 1 , that is the tweeter, midtones and woofers, strong frequency dependency. However, the sum signal "Sum" is not phase dependent. This means that the sum signal provides a phase-independent overall output signal for the loudspeakers of the loudspeaker system.

Entsprechendes gilt für die in 4 dargestellte Frequenzabhängigkeit der Ausgangssignale der Kanäle des Analogfilters 1 gemäß 1b. Auch hier überlagern sich die Gruppenlaufzeiten des Hochtöners, Mitteltöners und Tieftöners zu einem frequenzunabhängigen Summensignal.The same applies to the in 4 illustrated frequency dependence of the output signals of the channels of the analog filter 1 according to 1b , Here, too, the group delay of the tweeter, midrange and woofer overlap to a frequency-independent sum signal.

Die Charakteristik des erfindungsgemäßen Analogfilters 1 gemäß 1b, welche in den 2 bis 5 veranschaulicht ist, führt dazu, dass in den einzelnen Kanälen des Analogfilters 1 nicht nur im Frequenzbereich, sondern auch im Zeitbereich eine perfekte Überlagerung der Ausgangssignale der einzelnen Kanäle erfolgt.The characteristic of the analog filter according to the invention 1 according to 1b which in the 2 to 5 is illustrated, results in that in the individual channels of the analog filter 1 not only in the frequency domain, but also in the time domain, there is a perfect superimposition of the output signals of the individual channels.

Dies wiederum führt dazu, dass mit dem erfindungsgemäßen System ein Eingangssignal am Ausgang des Analogfilters 1 beziehungsweise der Lautsprecher des Lautsprechersystems exakt wiedergegeben wird.This in turn means that with the system according to the invention an input signal at the output of the analog filter 1 or the speaker of the speaker system is reproduced exactly.

5a veranschaulicht dies am Beispiel einer Sprungantwort auf ein Eingangssignal in Form eines Rechtecksignals im Vergleich zu einer typischen (nach bisherigem Stand der Technik perfekt dimensionierten) 3-Weg-Weiche nach 5b. 5a illustrates this using the example of a step response to an input signal in the form of a square wave signal compared to a typical (perfectly dimensioned according to the prior art) 3-way switch after 5b ,

Die einzelnen zeitlichen Verläufe der Ausgangssignale der Kanäle des Analogfilters 1 (Hochtöner, Mitteltöner, Tieftöner) weichen zwar von der Rechteckform des Eingangssignals ab, das Summensignal „Summe” liefert jedoch wieder exakt das dem Eingangsignal entsprechende Rechtecksignal. Dies bedeutet, dass bei dem erfindungsgemäßen System (5a) keinerlei Signalverfälschungen durch Nichtlinearitäten in den Gruppenlaufzeiten auftreten, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen (5b).The individual time profiles of the output signals of the channels of the analog filter 1 (Tweeters, midrange speakers, woofers) deviate from the rectangular shape of the input signal, but the sum signal "Sum" returns exactly the square wave corresponding to the input signal. This means that in the system according to the invention ( 5a ) no signal distortions due to nonlinearities in the group delay, in contrast to known from the prior art systems ( 5b ).

6a zeigt eine weitere Ausführungsform eines Analogfilters 1 für ein Dreiweg-Lautsprechersystem mit einem Hochton-Lautsprecher 2, einem Mittelton-Lautsprecher 3 und einem Tiefton-Lautsprecher 4, wobei das Lautsprechersystem identisch zur Ausführungsform gemäß 1a ist. 6a shows a further embodiment of an analog filter 1 for a three-way speaker system with a treble speaker 2 , a midrange speaker 3 and a woofer 4 wherein the speaker system is identical to the embodiment according to 1a is.

Der Analogfilter 1 gemäß 6a weist entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 vier Filterebenen auf, wobei die einzelnen Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 in weiterer Übereinstimmung mit der Ausführungsform gemäß 1a identisch ausgebildet sind. Auch die Anordnung der Summationsglieder 9a, 9b, 9c gemäß 6a entspricht der Anordnung gemäß 1a.The analog filter 1 according to 6a has according to the embodiment according to 1 four filter levels, with the individual high passes 7 and low passes 8th in further accordance with the embodiment according to 1a are identical. Also the arrangement of summation members 9a . 9b . 9c according to 6a corresponds to the arrangement according to 1a ,

Der Analogfilter 1 gemäß 6a unterscheidet sich von der Ausführungsform in 1a dadurch, dass die Anzahl der eingesetzten Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 erheblich niedriger ist. Dennoch weisen die Analogfilter 1 der 1 und 6a exakt dieselben Filtereigenschaften auf. Dies beruht darauf, dass der Aufbau des Analogfilters 1 von 6a aus der Struktur des Analogfilters 1 von 1a durch eine Reduktion abgeleitet ist, die die Funktion des Analogfilters 1 invariant lässt.The analog filter 1 according to 6a differs from the embodiment in 1a in that the number of high passes used 7 and low passes 8th is considerably lower. Nevertheless, the analog filters 1 of the 1 and 6a exactly the same filter properties. This is due to the fact that the structure of the analog filter 1 from 6a from the structure of the analog filter 1 from 1a is derived by a reduction that the function of the analog filter 1 leaves invariant.

Bei dieser Reduktion wird der Umstand ausgenützt, dass alle Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 aller Filterebenen der Analogfilter 1 identisch sind. Damit ergeben sich bei der Signalverstärkung in den vier Filterebenen in der Filterstruktur des Analogfilters 1 mehrere Pfade identischer Verstärkungen. So existiert bei der Filterstruktur gemäß 1a bei Durchlauf durch die vier Filterebenen ein Pfad, wo das Signal in der Reihenfolge mit den Elementen Hochpass-Tiefpass-Hochpass-Tiefpass verstärkt wird. Weiterhin existiert ein Pfad wo das Signal nacheinander mit den Elementen Hochpass-Hochpass-Tiefpass-Tiefpass verstärkt wird.In this reduction, the fact is exploited that all high passes 7 and low passes 8th all filter levels of the analog filters 1 are identical. This results in the signal amplification in the four filter levels in the filter structure of the analog filter 1 multiple paths of identical reinforcements. So exists in the filter structure according to 1a passing through the four filter levels a path where the signal is amplified in order with the elements high pass low pass high pass low pass. Furthermore, there exists a path where the signal is successively amplified with the elements high pass high pass low pass low pass.

In diesen Pfaden sowie in sämtlichen weiteren Pfaden, wo das Signal zweimal mit einem Hochpass 7 und zwei mal mit einem Tiefpass 8 verstärkt wird, wird dieselbe Gesamtverstärkung erhalten.In these paths as well as in all other paths, where the signal is twice with a high pass 7 and twice with a low pass 8th is amplified, the same overall gain is obtained.

Diesen Umstand ausnützend, ist in der Struktur des Analogfilters 1 gemäß 6a nur noch ein Pfad der Signalverstärkung in den vier Filterebenen vorhanden, der zwei Hochpässe 7 und zwei Tiefpässe 8 enthält. Das Ausgangssignal dieses Pfads ist dabei nicht nur auf ein Summationsglied 9b geführt, sondern auf alle anderen Summationsglieder 9b, auf welche Ausgangssignale von Pfaden mit zwei Tiefpässen 8 und Hochpässen 7 der Filterstruktur gemäß 1a geführt sind. Damit ersetzt der Pfad der Filterstruktur gemäß 6a mit zwei Hochpässen 7 und zwei Tiefpässen 8 in identischer Weise alle weiteren Pfade mit zwei Hochpässen 7 und Tiefpässen 8 der Filterstruktur gemäß 1a.Taking advantage of this fact is in the structure of the analog filter 1 according to 6a only one path of signal amplification in the four filter levels available, the two high passes 7 and two low passes 8th contains. The output signal of this path is not just a summation element 9b but on all other summation elements 9b on which output signals from paths with two lowpasses 8th and high passes 7 the filter structure according to 1a are guided. This replaces the path of the filter structure according to 6a with two high passes 7 and two low passes 8th in an identical way, all other paths with two high passes 7 and low passes 8th the filter structure according to 1a ,

In identischer Weise sind in der Filterstruktur gemäß 6a alle Pfade mit drei Hochpässen 7 und einem Tiefpass 8 der Filterstruktur gemäß 1a auf einen Pfad reduziert.In an identical way, according to the filter structure 6a all paths with three high passes 7 and a low pass 8th the filter structure according to 1a reduced to a path.

Ebenso sind in der Filterstruktur gemäß 6a alle Pfade mit einem Hochpass 7 und drei Tiefpässen 8 der Filterstruktur gemäß 1a auf einen Pfad reduziert.Likewise, in the filter structure according to 6a all paths with a high pass 7 and three low passes 8th the filter structure according to 1a reduced to a path.

6b zeigt eine Variante der Ausführungsform gemäß 1b. Bei der Ausführungsform gemäß 6b ist die Anzahl der Hochpässe 7 und Tiefpässe 8 gegenüber der Ausführungsform von 6a noch etwas weiter reduziert, ohne die Charakteristik des Analogfilters 1 zu ändern. Dieser Teil der Vereinfachung beruht darauf, dass das oberste und das unterste Hochpass/Tiefpasspaar der 4. Filterebene im Grundschema gemäß 1b keine Funktion haben, weil die Signale unmittelbar nach der Filterung wieder aufsummiert werden und deshalb speziell in diesem Summierungsschema weggelassen werden können. Eine weitere Vereinfachung beruht darauf, dass alle Summationsglieder vom Typ 9b weggelassen werden können, weil beispielsweise auch ein um den Faktor 3 verstärktes Signal herangezogen werden kann, statt die Summe aus drei identischen Signalpfaden zu bilden. Zur Verstärkung der Signale sind in der Anordnung gemäß 6b entsprechende Spannungsverstärker 12a, 12b vorgesehen. Dabei erfolgt in dem Spannungsverstärker 12a eine Signalverstärkung um den Faktor 3, in dem Spannungsverstärker 12b eine Signalverstärkung um den Faktor 6. 6b shows a variant of the embodiment according to 1b , In the embodiment according to 6b is the number of high passes 7 and low passes 8th over the embodiment of 6a even further reduced, without the characteristics of the analog filter 1 to change. This part of the simplification is based on the fact that the top and bottom highpass / lowpass pairs of the 4th filter plane are in the basic scheme according to 1b have no function because the signals are summed up again immediately after filtering and therefore can be omitted especially in this summation scheme. Another simplification is based on the fact that all summation elements of the type 9b can be omitted because, for example, a signal amplified by a factor of 3 can be used instead of forming the sum of three identical signal paths. To amplify the signals are in the arrangement according to 6b corresponding voltage amplifier 12a . 12b intended. This takes place in the voltage amplifier 12a a signal gain by a factor of 3, in the voltage amplifier 12b a signal amplification by a factor of 6.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Analogfilteranalog filter
22: Hochton-LautsprecherTweeter
33: Mittelton-LautsprecherMid speaker
44: Tiefton-LautsprecherWoofer
55: Signalgeneratorsignal generator
66: Signalverzweigungsignal branching
77: Hochpasshighpass
88th: Tiefpasslowpass
9a9a: SummationsgliedSummation member
9b9b: SummationsgliedSummation member
9c9c: SummationsgliedSummation member
1010: Leistungsverstärkerpower amplifier
1111: Summationsglied (akustische Summierung der Lautsprecher-Systeme)Summation element (acoustic summation of loudspeaker systems)
12a12a: Spannungsverstärkervoltage amplifier
12b12b: Spannungsverstärkervoltage amplifier

Claims

Filter arrangement of a loudspeaker system, comprising a plurality of filter planes, in each of which an arrangement of first order high-pass filters ( 7 ) and first order lowpasses ( 8th ), wherein the first filter level is a high pass ( 7 ) and a low pass ( 8th ), which via a signal branching ( 6 ) is supplied with an input signal, wherein the output of a high-pass ( 7 ) or low pass ( 8th ) of a filter plane via a signal branch ( 6 ) to a high pass ( 7 ) and low pass ( 8th ) of the next filter level, with all high passes ( 7 ) and all low passes ( 8th ) after each signal branching ( 6 ) are complementary to each other, and wherein the outputs of all high passes ( 7 ) and low passes ( 8th ) of the last filter plane are linked to form output signals by summation, whereby a higher-order filter is formed so that not only signal portions in the frequency domain but also in the time domain are summed error-free by the filter arrangement, and the output signals are supplied to loudspeakers of a reusable loudspeaker system become.

Filter arrangement according to claim 1, characterized in that it comprises an analog filter ( 1 ).

Filter arrangement according to claim 2, characterized in that the analog filter ( 1 ) is formed as an active filter or approximated as a passive filter, wherein the passive filter derived according to the specifications of a corresponding active filter, dimensioned and approximated to the transfer curves.

Filter arrangement according to claim 1, characterized in that it is formed by IIR filters in a digital signal processor.

Filter arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a two-way loudspeaker system with a high-frequency loudspeaker ( 2 ) and a woofer ( 4 ) is provided.

Filter arrangement according to Claim 5, characterized in that a three-way or reusable loudspeaker system with a high-frequency loudspeaker ( 2 ), one or more mid-range speakers ( 3 ) and one or more woofer speakers ( 4 ) is provided.