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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Einstellung von Subwoofer-Lautstärken relativ zur Hauptaudiosystem-Lautstärke und insbesondere ein verbessertes Algorithmus-Regelverfahren zum Variieren der Subwoofer-Lautstärke, welches die Einstellung nur der Niedrigfrequenztöne vom Subwoofer relativ zur Hauptsystemlautstärke erlaubt.
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2. Diskussion
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Traditionelle akustische oder Audiosysteme werden mit einer Bass- und einer Hochtoneinstellung bereitgestellt, wobei jede davon die Manipulation des Klangs erlaubt, um die erwünschten Töne zu erhalten. Während Audiosysteme weiterentwickelt wurden, und insbesondere Musiksysteme für Fahrzeuge, enthielten viele dieser Systeme separate Subwoofer-Lautsprecher zum Reproduzieren von Niedrigfrequenztönen. Als solche enthielten viele dieser Systeme ebenfalls eine separate Einstellung des Subwoofers, sodass der Zuhörer die Ausgangsleistung des Subwoofers erhöhen oder die Ausgangsleistung des Subwoofers relativ zur Hauptsystem-Lautstärke erhöhen kann.
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Ein Problem bei diesen Einstellungen war jedoch, dass die angewendete Menge an Varianz durch die Einstellung der Subwoofer-Lautstärke statisch war oder ein lineares Verhältnis relativ zu den Hauptsystem-Lautstärken war. Falls ein Bediener z. B. die Steigerung des Subwoofers um +5 erhöht, kann der Subwoofer zwar die erwünschte relative Ausgangsleistung der Hauptsystem-Lautstärke an der Hauptsystem-Lautstärkenleistung an der Stelle aufweisen, an welcher der Benutzer die Subwoofer-Lautstärke eingestellt hat, während jedoch das Hauptsystem relativ zur Lautstärke, an dem die Einstellung vorgenommen wurde, relativ reduziert wird, kann die Subwoofer-Lautstärkensteigerung zu hoch sein und die Hauptsystem-Lautstärkenleistung übertönen, wodurch eine höhere Lautstärke von Niedrigfrequenztönen produziert wird, als im Vergleich zu den Mittel- und Hochfrequenztönen der Hauptsystem-Lautstärken erwünscht ist. Gleichermaßen kann, falls die Systemlautstärke erhöht wird, die Hauptsystem-Lautstärke den Subwoofer übertönen und während sich die Lautstärke dem Maximum nähert, kann der Subwoofer aufgrund der zusätzlichen Steigerung einen übersteuerten Betrieb erreichen, bevor das Maximum der Hauptsystem-Lautstärke erreicht ist, was zu unerwünschten Klängen aus dem Subwoofer führt. Eine solche lineare Einstellung der Subwoofer-Ausgangsleistung relativ zur Hauptsystem-Lautstärke ist nicht erwünscht. Als solche, wird die erwünschte Klangqualität und die wahrgenommene Audiodifferenz nicht über den vollen Bereich der Audioausgangsleistungen durch die Hauptsystem-Lautstärke mit den Niedrigfrequenztönen erhalten, welche die Mittel- und Hochfrequenztöne bei niedriger Hauptsystem-Lautstärke übertönen und diese bei hohen Hauptsystem-Lautstärken nicht erreicht werden und in manchen Fällen sogar dazu führen, dass der Subwoofer übersteuert wird.
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Insbesondere liegt das Problem bei der Verwendung einer fixen Steigerung der Subwoofer-Ausgangsleistung darin, dass die Audio-Klangqualität wahrscheinlich eingebüßt wird, während die System-Ausgangsleistung erhöht wird, denn während die oberen Lautstärkenleistungen des Systems erreicht werden, geht der Subwoofer-Transducer in einen Betriebsmodus über, der wegen der mechanischen und elektrischen Grenzen eine erhebliche Menge an Verzerrungen aufweist. Falls die Steigerung am Subwoofer z. B. um die Mittelpunkt-Lautstärkenleistung der Hauptsystem-Lautstärke erhöht worden ist, während die Hauptsystem-Lautstärkenleistung reduziert wird, kann der Subwoofer über seinen erwünschten Betriebsbereich hinaus gesteuert werden.
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Zusätzliche Probleme mit den fixen Steigerungsleistungs-Reglern bei einem Subwoofer liegen oftmals darin, dass die Subwoofer-Steigerungsleistung vom Benutzer nicht leicht verändert werden kann, weil der Regler sich physikalisch an der eingeschalteten Subwoofer-Einheit befindet. Bei vielen Heim-Musiksystemen wird der eingeschaltete Subwoofer in einen schwer zu erreichenden Bereich platziert und der einzige Regelschalter für die eingeschaltete Subwoofer-Ausgangsleistung befindet sich physikalisch am Subwoofer, oftmals an der Rückseite oder Unterseite des Subwoofers.
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Ein weiteres Problem mit der derzeitigen Subwoofer-Technik liegt darin, dass der Niedrigfrequenz-Inhalt mit sämtlichen weiteren Audioinhalten kombiniert ist, oder mit anderem Audioinhalt erneut kombiniert wird, bevor dieser zur Subwoofer-Einheit gesendet wird. Die Manipulation der Mittel- und Hochfrequenztöne, sowohl als auch jegliche weitere Manipulationen des Klangs, bevor diese von den Lautsprechern ausgeben wird, kann die vom Subwoofer bereitgestellte Audioqualität beeinflussen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine automatische Einstellung von Subwoofer-Lautstärkenleistungen relativ zur Hauptaudiosystem-Lautstärke und insbesondere ein verbessertes Algorithmus-Regelungsverfahren zum Variieren der Subwoofer-Lautstärke, was die Einstellung nur der Niedrigfrequenztöne vom Subwoofer relativ zur Hauptsystem-Lautstärke erlaubt.
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Das Verfahren zur Bearbeitung eines Audiosignals beinhaltet im Allgemeinen den Empfang eines Audiosignals, dem Extrahieren eines Niedrigfrequenzsignals aus dem genannten empfangenen Audiosignal, dem Anwenden einer Algorithmus-Steigerungseinstellung auf das genannte Niedrigfrequenzsignal zum Erzeugen eines eingestellten Niedrigfrequenzsignals und die Ausgabe des genannten eingestellten Niedrigfrequenzsignals an einen Subwoofer. Das eingestellte Niedrigfrequenzsignal wird dabei nicht erneut mit dem genannten Audiosignal kombiniert, bevor es an den Subwoofer ausgegeben wird und der Schritt des Extrahierens eines Niedrigfrequenzsignals vom genannten empfangenen Audiosignal enthält ebenfalls den Schritt des Extrahierens wenigstens eines Hochfrequenzsignals und eines Mittelfrequenzsignals und wobei das genannte Niedrigfrequenzsignal nicht mit dem genannten wenigstens einen Hochfrequenzsignal und dem Mittelfrequenzsignal kombiniert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Details, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nach Durchsicht der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele mit Verweis auf die dazugehörigen Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen:
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1 ist eine schematische Darstellung eines traditionellen Signalwegs nach dem Stand der Technik für einen eingeschalteten Subwoofer;
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2 ist eine schematische Darstellung eines algorithmischen Software-Steuersignalwegs für einen eingeschalteten Subwoofer unter Verwendung der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist eine Grafik, welche die Ausgangsleistungen eines Subwoofers unter Verwendung der vorliegenden Erfindung relativ zur Hauptsystem-Lautstärkenleistung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein Audio- oder Musiksystem 10 mit einem Audio-Reproduktions-Regelsystem 30, Lautsprechern 20, einem eingeschalteten Subwoofer 50 sowie einer Leitungs-Leistungsausgabe 40 zwischen dem Audio-Reproduktions-Regelsystem 30 und dem eingeschalteten Subwoofer 50. Die Lautsprecher 10 und der eingeschaltete Subwoofer 50 können jegliche Lautsprecher und Subwoofer jeglicher Größe, Form und Konfiguration sein, die in der Lage ist, einen vom Audio-Reproduktions-Regelsystem 30 empfangenen Klang zu reproduzieren. Das Audio-Reproduktions-Regelsystem 30 verwendet im Allgemeinen einen Algorithmus, um die Subwoofer-Lautstärkenleistungsausgabe an den Subwoofer 50 relativ zur System-Lautstärkenleistung einzustellen, welche im Allgemeinen an die Lautsprecher 20 ausgegeben wird. Die vorliegende Erfindung richtet betrifft im Allgemeinen ebenfalls ein Verfahren zur Verarbeitung des Audiosignals, um eine nicht lineare Algorithmus-Einstellung an die Subwoofer-Audioausgabe anzuwenden, um die erwünschte, eingestellte Subwoofer-Klangleistung für den Benutzer zu maximieren, während der Subwoofer daran gehindert wird, bei hohen Gesamtpegelleistungen übersteuert zu werden.
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Das Audiosystem, insbesondere das Audio-Reproduktionssystem 30, weist im Allgemeinen eine System-Gesamtpegelleistung und eine Subwoofer-Lautstärkenleistung auf. Während die System-Gesamtpegelleistung erhöht wird, werden die Subwoofer-Lautstärkenleistungen traditionell auf lineare Weise reduziert. Wird bei der vorliegenden Erfindung die Algorithmus-Einstellung angewendet, ist die Lautstärkenleistung des Subwoofers, wie in 2 dargestellt, nicht linear. Wie ebenfalls in 2 dargestellt, kann die Menge der Algorithmus-Einstellung je nach der erwünschten Einstellung der Subwoofer-Lautstärkenleistung derart variiert werden, dass eine geringere Erhöhung der Steigerung eher einer linearen Einstellung gleicht, als wie in 2 dargestellt einer größeren Erhöhung. Wie ebenfalls in 2 dargestellt stellt die algorithmische Einstellung ebenfalls eine obere Grenze der Subwoofer-Lautstärkenleistung derart bereit, dass die Gesamtpegelleistung und die Subwoofer-Lautstärkenleistung nie über eine Menge hinaus ansteigen, die eine Übersteuerung des Subwoofers 50 verursacht und somit die vom Subwoofer 50 bereitgestellte Klangqualität reduziert.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft die Schritte des Empfangens eines Audiosignals, dem Extrahieren eines Niedrigfrequenzsignals vom empfangenen Audiosignal, dem Anwenden einer algorithmischen Steigerungs-Einstellung an das extrahierte Niedrigfrequenzsignal, um ein eingestelltes Niedrigfrequenzsignal zu erzeugen und das eingestellte Niedrigfrequenzsignal an den Subwoofer auszugeben. Es versteht sich, dass die algorithmische Steigerungs-Einstellung entweder positiv oder negativ sein kann, spezifisch gesagt, dass eine positive Erhöhung an Steigerung die Lautstärkenausgabe des Subwoofers erhöhen kann, während eine negative Erhöhung der Steigerung der Lautstärke des Subwoofers reduziert. Egal, ob die algorithmische Einstellung positiv oder negativ ist, die Einstellung ist dabei nicht linear.
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Das empfangene Audiosignal eines beliebigen Audiosignals empfängt typischerweise eine Ausgabe von einem Audiosystem, wie z. B. einer Musikanlage eines Fahrzeugs. Das empfangene Audiosignal kann z. B. dem Signal aus einem CD-Spieler, einem DVD-Spieler, einem Empfänger, einer Massenspeichereinheit, wie z. B. einem Handy oder einem MP3-Spieler oder einem anderen Gerät zugehörig sein, das in der Lage ist, ein Audiosignal zu produzieren. Wie bei dieser Erfindung verwendet, ist das empfangene Audiosignal im Allgemeinen das Audiosignal, bevor es verstärkt und an die Lautsprecher 20 oder an den Subwoofer 50 ausgegeben wird. Das empfangene Audiosignal ist im Allgemeinen ein Vollspektrumsignal, einschließlich Niedrigfrequenzsignalen, Mittelbereich-Frequenzsignalen sowie Hochfrequenzbereich-Frequenzsignalen.
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Das Audio-Reproduktions-Regelsystem 30 extrahiert dann ein Niedrigfrequenzsignal vom empfangenen Audiosignal. Diese Extraktion des Niedrigfrequenzsignals kann nach dem Mischen des Audiosignals, jedoch vor der Verstärkung des Signals auftreten. Es wird jedoch bevorzugt, das Niedrigfrequenzsignal zu extrahieren, bevor Mischeinstellungen am Audiosignal angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann ein beliebiges bekanntes Verfahren zum Extrahieren des Niedrigfrequenzsignals vom Audiosignal einsetzen, wie z. B. einem Niedrigfrequenzfilter. Der oben genannte Schritt des Mischens des Audiosignals kann Einstellungen am Bass, Hochton oder andere angewendete Einstellungen umfassen.
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Es ist wichtig anzumerken, dass das extrahierte und dann eingestellte Niedrigfrequenzsignal nicht nochmals mit dem Audiosignal kombiniert wird, bevor es an den Subwoofer ausgegeben wird. Das Getrennthalten des extrahierten Niedrigfrequenzsignals und insbesondere des eingestellten Niedrigfrequenzsignals ermöglicht eine sauberere Ausgabe des eingestellten Niedrigfrequenzsignals an den eingeschalteten Subwoofer 50. Gemäß dem Stand der Technik werden die Niedrigfrequenzsignal mit dem Hauptaudiosignal gemischt und dann verstärkt und dann erneut extrahiert, bevor diese an den eingeschalteten Subwoofer gesendet werden. Diese Verstärkung wurde ausgeführt, um es dem Subwoofer zu erlauben, sich linear mit der System-Gesamtpegelleistung einzustellen. Bei der vorliegenden Erfindung berücksichtigt das Audio-Reproduktions-Regelsystem die gewünschte Gesamtpegelleistung und verwendet diese Leistung an der Subwoofer-Ausgabe als Basisleistung und stellt diese Leistung dann mit dem Schritt des Anwendens einer algorithmischen Steigerungs-Einstellung am Niedrigfrequenzsignal ein. Deshalb ist die System-Gesamtpegelleistung immer die Basisleistung des Subwoofers, obwohl die Gesamtpegelleistung nicht immer die Leitungs-Leistungsausgabe 40 zum Subwoofer 50 regelt oder mit dieser in Wechselwirkung steht.
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Wie oben erörtert, ist im Schritt des Anwendens der algorithmischen Steigerungs-Einstellung auf das Niedrigfrequenzsignal die angewandte Einstellung nicht linear. Erwartungsgemäß gibt der Hersteller des Systems die maximale Leistung ein, zu der ein Subwoofer derart betrieben werden kann, sodass die Gesamtpegelleistung sowie die angewandte Einstellung die Fähigkeiten des Subwoofers nicht überschreiten. Während der Algorithmus für einen bestimmten Satz an Lautsprechern und den Subwoofer eingestellt wird, wird erwartungsgemäß die Menge an zusätzlicher Einstellung, die am Subwoofer angewendet wird, erhöht, falls der Benutzer den Subwoofer +5 zu einer Gesamtpegelleistung von 25% wie in 2 dargestellt einstellt, wenn die Gesamtpegelleistung 50% des Maximums erreicht. Während der Gesamtpegel erhöht wird, erreichen die eingestellte Subwoofer-Leistung und Gesamtpegelleistung in Kombination miteinander an einem Punkt die maximalen Fähigkeiten des Subwoofers. Während die Steigerung +5 bei einer Gesamtpegelleistung von 25% und +9 bei einer Lautstärkenleistung von 50% sein kann, kann diese deshalb nur +3 bei einer Lautstärkenleistung von 80% und 0 bei einer Lautstärkenleistung von 100% sein. Selbstverständlich gelten diese Werte lediglich als beispielhaft und hängen von den Systemkomponenten im System, den Einstellungen sowie den gewünschten Audioeingaben sowohl als auch von der Steigerungsmenge ab, die vom Benutzer ausgewählt wird. Zusätzlich kann sich der Algorithmus je nach der Konfiguration des Raums, in welchem sich die Musikanlage befindet und auch von den Komponenten in der Musikanlage verändern.
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Der exakte Algorithmus kann vom Hersteller des Audiosystems ausgewählt werden, wie z. B. für ein Musiksystem eines Fahrzeugs ausgewählt werden, um eine Klangausgabe der höchsten Qualität für verschiedene Konsumenten-Vorzüge in einem bestimmten Fahrzeug bereitzustellen. Es ist ebenfalls möglich, dass das Audio-Reproduktions-Regelsystem 30 derart aufgebaut sein kann, dass der Benutzer verschiedene Algorithmen auswählen kann, wodurch die Menge der Subwoofer-Lautstärke zu eingestellten Gesamtpegelleistungen verändert wird, ohne dass der Benutzer die Steigerung individuell am Subwoofer verändern muss. Falls ein Benutzer z. B. eine Gattung anhört, die eine bestimmte Menge an Bass benötigt, kann ein Algorithmus verwendet werden, und für eine andere Gattung an Musik kann ein anderer Algorithmus mit weniger Bass verwendet werden. Der Algorithmus kann ähnlich dem einer Entzerrung eingestellt werden, wobei der Entzerrer voreingestellte Einstellung aufweist, wodurch die Qualität der Klangausgabe für die bestimmte Gattung auf ein Maximum gebracht wird.
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Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung der Subwoofer-Steigerungs-Regler vom tatsächlichen Subwoofer-Bausatz zum Audio-Reproduktions-Regelsystem verlegt, was die Audioqualität über den vollen Bereich der System-Audioleistungen verbessert, während eine hohe Audioausgabequalität sowie ein leichtes Handhaben der Einstellung der Subwoofer-Steigerungsleistung bereitgestellt werden. Der Algorithmus ist insbesondere derart konfiguriert, um sicherzustellen, dass der Subwoofer in keinen Betriebsmodus eintritt, der eine eventuelle Verzerrung der Audioausgabe induziert. Der Algorithmus ist ebenfalls derart ausgewählt oder entwickelt, um die Leistungsstärken während dem gesamten Lautstärkenbereich der Gesamtpegelleistung optimal zu halten. Der Algorithmus erlaubt es dem Zuhörer ebenfalls, Unterschiede der erwünschten oder wahrgenommenen Steigerungsleistung zwischen einem System und einem Subwoofer über den gesamten System-Lautstärkenbereich hinweg aufrecht zu erhalten, bis der Subwoofer sein Limit erreicht hat, um ihn daran zu hindern, in einen Verzerrungsbetrieb einzutreten oder die Lautstärke des Hauptsystems zu übertönen.
