DE102018121309A1

DE102018121309A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Audiosignalverarbeitung

Info

Publication number: DE102018121309A1
Application number: DE102018121309.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Grimm; Markus Wolff
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US20200077189A1; US10721563B2

Abstract

Lautsprechersysteme, die aus technischen Gründen nicht geeignet sind, stark im Bassbereich abzustrahlen, können sogenannte virtuelle Basssysteme nutzen. Dabei werden tiefe Frequenzen durch ihre harmonischen Oberwellen ersetzt. Virtueller Bass kann jedoch echten Bass nicht immer adäquat ersetzen, so dass es zu klanglichen Abweichungen kommen kann. Eine Verbesserung der Basswiedergabe durch virtuellen Bass ist möglich durch eine Mischung (330) der erzeugten Oberwellen (310) mit einem reduzierten originalen Bassanteil (320) des Eingangs-Audiosignals. Das Mischungsverhältnis dieser Mischung kann variabel sein und kann automatisch ermittelt werden. Z.B. kann sich das Mischungsverhältnis ändern bei Überschreitung eines Pegellimits, Über-/Unterschreitung einer Temperaturschwelle, Überschreitung einer kalorimetrischen Schwelle oder zu festgelegten Uhrzeiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Audiosignalen sowie eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Audiosignalen.
Hintergrund
Zur Wiedergabe tiefer Frequenzen werden normalerweise große Lautsprecher benutzt. Viele kleinere Lautsprechersysteme, die aus technischen Gründen nicht geeignet sind, stark im Bassbereich abzustrahlen, nutzen sogenannte virtuelle Basssysteme. Dabei werden tiefe Frequenzen durch ihre harmonischen Oberwellen ersetzt. Auf Grund eines psychoakustischen Phänomens wird dann der Verlust der Grundfrequenz nicht wahrgenommen. Bekannt ist z.B. aus „Improving Perceived Bass and Reconstruction of High Frequencies for Band Limited Signals“ von R. M. Aarts, E. Larsen und D. Schobben (MPCA-2002) die in 1 dargestellte Audiosignalverarbeitung zur psychoakustischen Bassverbesserung. Dabei werden ein linkes und ein rechtes Eingangssignal E_L ,E_R jeweils in einem Hochpassfilter HFIL_L ,HFIL_R gefiltert. Außerdem werden die Eingangssignale addiert und dann mit einem Tiefpassfilter FIL1 gefiltert, um den Bassanteil zu erhalten. Aus diesem Bassanteil werden in einer nicht-linearen Schaltung NLD harmonische Oberwellen gewonnen. Diese durchlaufen einen weiteren Filter FIL2, um ein passendes Spektrum zu erhalten, und anschließend einen Verstärker G, bevor sie jeweils zu den Ausgangssignalen der Hochpassfilter HFIL_L ,HFIL_R addiert werden. Die Ausgangssignale A_L ,A_R enthalten nun nicht mehr die tiefen Frequenzen, deren Oberwellen erzeugt wurden. Diese wurde durch den sogenannten „synthetischen“ oder „virtuellen“ Bass, d.h. die Oberwellen, ersetzt.
WO97/042789 zeigt verschiedene Varianten, bei denen ein Pegel eines Teils der Basssignale detektiert wird und die erzeugen Harmonischen entsprechend dem Pegel skaliert werden. Dadurch können verschiedene nicht-lineare Schaltungen zur Erzeugung der harmonischen Oberwellen verwendet werden. In einer Variante wird das Basssignal mittels erster Bandpassfilter BPF_1A ,...,BPF_1N in verschiedene Frequenzbereiche aufgespalten, wie in 2 gezeigt. Anschließend werden für jeden dieser Frequenzbereiche mit einer nicht-linearen Schaltung HGS_A ,...,HGS_N harmonische Oberwellen generiert und in Abhängigkeit ihres Pegels skaliert. Die skalierten Oberwellen durchlaufen dann zweite Bandpassfilter BPF_2A ,...,BPF_2N und werden schließlich zum hochpassgefilterten HPF Eingangssignal 10H addiert AD. Das Ausgangssignal wird insbesondere für Lautsprecher mit einer Hochpasscharakteristik genutzt, die das ursprüngliche Basssignal nicht wiedergeben können. Stattdessen werden dessen Oberwellen wiedergegeben, um dem Zuhörer den Eindruck eines Bassanteils im Signal zu vermitteln.
Virtueller Bass kann jedoch echten Bass nicht immer adäquat ersetzen. In bestimmten Frequenzbereichen kann es zwischen den Basssystemen zu erheblichen klanglichen Abweichungen kommen.
Eine andere Technik sind Pegelbegrenzungen, die generell bei aktiven Lautsprechern genutzt werden. Dabei wird frequenzabhängig der Pegel eines Audiosignals auf ein bestimmtes Maximum begrenzt. Durch Pegelbegrenzungen wird allerdings die Tonalität des Audiosignals dynamisch verändert.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Verbesserung der Basswiedergabe durch virtuellen Bass. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Flexibilisierung der Basswiedergabe vorteilhaft ist. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, eine Anlage zur Audiowiedergabe, die zur Wiedergabe tiefer Frequenzen geeignet ist, unter bestimmten Umständen so zu betreiben, dass die Ausgabe tiefer Frequenzen unterdrückt wird. In diesem Fall wird das wiedergegebene Audiosignal verbessert, indem die unterdrückten tiefen Frequenzen durch virtuellen Bass ersetzt werden. Solche Umstände können sich durch die Betriebssituation oder durch technische Erfordernisse ergeben, z.B. sollen nachts die Nachbarn nicht gestört werden oder es soll eine Überlastung der Verstärkerendstufe oder eine Überhitzung der Lautsprecher vermieden werden. Trotzdem ist die Anlage in der Lage, unter anderen Umständen das vollständige Eingangs-Audiosignal wiederzugeben. Die Erfindung beruht daher auf der Erkenntnis, dass je nach Anwendungsfall eine Mischung der erzeugten Oberwellen mit dem originalen Bassanteil des Eingangs-Audiosignals sinnvoll sein kann, wobei in einer Ausführungsform das Mischungsverhältnis dem Anwendungsfall angepasst werden kann. Mit anderen Worten ist es nicht nötig, immer vollständig zwischen den beiden Betriebsmodi „Originalbass“ und „Synthetischer Bass“ zu wechseln. Vielmehr kann erfindungsgemäß das Maß der Überblendung so geregelt werden, dass der Nutzer mit einem optimalen Klangerlebnis versorgt wird und dabei die thermische Gesamtbilanz, den Maximalpegel von Endstufe oder Lautsprecher und/oder den niederfrequenten „störenden“ Pegel des Gerätes in einen unkritischen Bereich verschiebt.
Ein Verfahren zur Audioverarbeitung eines Eingangs-Audiosignals, in einer Ausführungsform der Erfindung, ist in Anspruch 1 wiedergegeben.
Eine entsprechende Vorrichtung ist in Anspruch 10 wiedergegeben. Der Anspruch 15 betrifft eine Soundbar oder einen Subwoofer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Soundbar ist eine längliche Lautsprecherbox, die mehrere Lautsprecher und eine elektronische Signalverarbeitungseinheit enthält, um mittels akustischen und elektronischen Effekten Raumklang zu imitieren. Ein Subwoofer ist eine spezielle Lautsprecherbox, die zur Wiedergabe niederfrequenter Audiosignale optimiert ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Ansprüchen 2-9, 11-14 beschrieben.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

1 ein Blockschaltbild einer bekannten Audiosignalverarbeitung zur psychoakustischen Bassverbesserung;
2 ein Blockschaltbild einer weiteren bekannten Audiosignalverarbeitung zur psychoakustischen Bassverbesserung;
3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 Frequenzen bei verschiedenen Betriebsarten;
5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Audiosignalverarbeitung in einer ersten Ausführungsform;
6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Audiosignalverarbeitung in einer zweiten Ausführungsform; und
7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Audiosignalverarbeitung in einer dritten Ausführungsform; und
8 den Signalkombinationsblock, den Kontrollblock und seine Kontrollgrößen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 300 zur Audioverarbeitung eines Eingangs-Audiosignals. Es enthält die Schritte Erzeugen 310 von harmonischen Oberwellen eines Bassanteils des Eingangs-Audiosignals, Erzeugen eines bassreduzierten Eingangs-Audiosignals aus dem Eingangs-Audiosignal durch Reduzieren 320 des Pegels desjenigen Bassanteils, zu dem die harmonischen Oberwellen erzeugt werden, und Zumischen 330 der erzeugten Oberwellen zu dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal, wobei ein Ausgabesignal entsteht. Dabei gibt es mindestens drei Betriebsarten, die sich im Prinzip durch das Mischungsverhältnis beim Mischen 330 unterscheiden: in einer ersten Betriebsart enthält das Ausgabesignal den vollständigen Bassanteil des Eingangs-Audiosignals, und es sind praktisch keine erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal enthalten. In dieser Betriebsart kann der Ausgabe-Bassanteil dem Bassanteil des Eingangs-Audiosignals und damit das Ausgabesignal vollständig dem Eingabesignal entsprechen. In einer zweiten Betriebsart sind die erzeugten Oberwellen mit einer maximalen Oberwellenamplitude im Ausgabesignal enthalten, während der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals mehr oder weniger vollständig aus dem Ausgabesignal entfernt ist; es bleibt lediglich ein Rest in Form einer Restbassamplitude erhalten. Diese kann z.B. zwischen 0% und 5% der Amplitude des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals aufweisen. Mit anderen Worten, der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals wird im Wesentlichen durch die erzeugten Oberwellen des virtuellen Basses ersetzt. In einer dritten Betriebsart ist eine Mischung der erzeugten Oberwellen und des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals im Ausgabesignal enthalten. Das genaue Mischungsverhältnis dieser Mischung hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab; in typischen Anwendungsfällen liegt der Anteil sowohl der erzeugten Oberwellen als auch des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals deutlich über 0% und deutlich unter 100%, wie z.B. 20:80 oder 60:40 Prozent. Die Mischung kann erfolgen, indem die Pegel bzw. Amplituden der erzeugten Oberwellen und des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals (unterschiedlich) skaliert und dann überlagert werden. Der prozentuale Anteil kann sich z.B. auf die Lautstärke, den Schalldruck, die Signalenergie oder den Signalpegel beziehen.
4 zeigt das Prinzip der verschiedenen Betriebsarten als Frequenzdiagramm. In 4 a) wird der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals beispielhaft als einzelne Frequenz f_B mit der Amplitude bzw. dem Pegel L₀ dargestellt. Die für die einzelne Frequenz f_B dargestellte Verarbeitung wird erfindungsgemäß aber für ein ganzes Frequenzband eingesetzt. Als Bassanteil wird der Frequenzbereich bis zu einer Grenzfrequenz f_c angesehen. Höherfrequente Anteile des Eingangs-Audiosignals sind nicht dargestellt. Gemäß der ersten Betriebsart werden Oberwellen oder Harmonische f_h1 ,f_h2 ,f_h3 der einzelnen Frequenz f_B als Grundwelle nicht zugemischt. Etwaige sowieso im Signal enthaltene Oberwellen der Grundwelle sind nicht dargestellt. Es werden nur Oberwellen oberhalb der Grenzfrequenz f_c zugemischt. In 4 b) wird gemäß derzweiten Betriebsart der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals vollständig ausgefiltert und durch synthetischen Bass ersetzt. Z.B. hat die Grundwelle f_B den Pegel bzw. die Amplitude Null (0%) und ihre zugemischten Oberwellen bei Frequenzen f_h1 ,f_h2 ,f_h3 ihre jeweils vollständigen Amplituden (100%). Diese Darstellung ist insoweit idealisiert, dass reale Hochpassfilter ein Restsignal passieren lassen, das hier als Restbass bezeichnet wird und eine Restbassamplitude aufweist, die größer als Null sein kann. In 4 c) wird die erfindungsgemäße Mischung gemäß der dritten Betriebsart dargestellt. Dabei werden die erzeugten Oberwellen und der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals individuell skaliert und gemischt. Das Mischen kann durch Überlagerung erfolgen. Z.B. wird die Grundwelle f_B auf die Amplitude L₂ und die Oberwellen f_h1 ,f_h2 ,f_h3 auf die Amplitude L₁ reduziert; beide Amplituden liegen unterhalb der Amplitude L₀ der Grundwelle des Eingangs-Audiosignals. Mit anderen Worten, in der dritten Betriebsart weist der Ausgabe-Bassanteil eine Amplitude auf, die niedriger ist als in der ersten Betriebsart und höher als in der zweiten Betriebsart, und die erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal weisen eine Amplitude auf, die höher ist als in der ersten Betriebsart und niedriger als in der zweiten Betriebsart. Zu beachten ist, dass sich die Amplituden der verschiedenen Oberwellen grundsätzlich voneinander und von der ursprünglichen Amplitude L₀ der Grundwelle unterscheiden können, obwohl in 4 b) alle Oberwellen mit derselben Amplitude L₀ dargestellt sind.
In einer Ausführungsform wird die Mischung so durchgeführt, dass die Gesamtleistung des reduzierten Bassanteils und der erzeugten Oberwellen im Wesentlichen konstant bleibt, d.h. die durch das Reduzieren des Bassanteils 320 verlorene Leistung wird durch die erzeugten Oberwellen wieder zugeführt. In anderen Ausführungsformen kann diese Gesamtleistung aber reduziert oder erhöht werden oder einstellbar sein.
Das Mischungsverhältnis der Mischung kann variabel sein. Es kann automatisch ermittelt werden oder fest vorgegeben sein. Beim Reduzieren der Amplitude des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals wird diese entsprechend dem Mischungsverhältnis reduziert, und die Amplitude der zugemischten Oberwellen wird ebenfalls entsprechend dem Mischungsverhältnis eingestellt. Dabei ist die Amplitude der zugemischten Oberwellen umso höher, je stärker die Amplitude des Bassanteils reduziert wird. In 4 c) kann also durch Änderung des Mischungsverhältnisses z.B. die Amplitude L₁ der Oberwellen erhöht und die Amplitude L₂ der Grundwelle f_B entsprechend verringert werden. Ebenso kann die Amplitude L₁ der Oberwellen verringert und die Amplitude L₂ der Grundwelle f_B entsprechend erhöht werden.
Das Mischungsverhältnis kann automatisch ermittelt werden. In einer Ausführungsform wird es aus einem oder mehreren gemessenen Parametern automatisch ermittelt. Außerdem kann das Mischungsverhältnis zeitlich variabel sein. Der oder die Parameter können durch eine Zeitermittlung, z.B. Uhrzeit oder Dauer, eine Temperaturmessung, oder eine Leistungsmessung des Eingangs-Audiosignals (oder eines anderen Audiosignals) gewonnen werden. Außerdem kann es einen Betriebsarten-Wahlschalter geben, damit ein Nutzer eine gewünschte Betriebsart einstellen oder beeinflussen kann. Mögliche Betriebsarten wären z.B. „Original-Bass“, „Synthetischer Bass“ und „Automatische Umschaltung“. Zum Beispiel kann ein Umschalten der Betriebsarten in der automatischen Betriebsart ausgelöst werden durch Überschreitung eines Pegellimits, Über-/Unterschreitung einer Temperaturschwelle, Überschreitung einer kalorimetrischen Schwelle oder die Steuerung durch festgelegte Uhrzeiten (z.B. wird ab 21 Uhr echter Bass zunehmend durch virtuellen Bass ersetzt, um die Nachbarn nicht zu stören), und auch durch deren Kombinationen (z.B. ab 22 Uhr und ab 80 dB wird echter Bass zunehmend durch virtuellen Bass ersetzt).
Außerdem kann die obere Grenzfrequenz f_c und damit die Bandbreite des Bassanteils variabel sein. Z.B. kann der virtuelle Bass bis zu einer bestimmten Uhrzeit Frequenzen unterhalb von 30 Hz ersetzen und danach auch höhere Frequenzen, z.B. unterhalb von 70 Hz. In einem anderen Beispiel kann der virtuelle Bass normalerweise Frequenzen unterhalb von 40 Hz ersetzen, wobei sich diese Grenze allmählich auf 150 Hz erhöht, je weiter sich die Temperatur des Verstärkers und/oder des Lautsprechers erhöht. Dieser Parameter ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Lautsprecher tiefe Frequenzen nicht wiedergeben kann und in Blindleistung umsetzt. Durch das Entfernen von niederfrequenten Signalanteilen kann die Signalenergie bei Bedarf ohne hörbaren Effekt reduziert werden.
In einer Ausführungsform wird das Mischungsverhältnis aus einer Kombination aus einer Uhrzeit, einer Leistung mindestens des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals und eines Betriebsarten-Wahlschalters automatisch ermittelt. In einer Ausführungsform wird die Leistung mindestens des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals gemessen und daraus wird eine Temperatur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, eines Verstärkers oder eines Lautsprechers abgeschätzt, wobei die geschätzte Temperatur als ein Parameter in die Ermittlung des Mischungsverhältnisses eingeht. Die Leistungsmessung kann z.B. das Verhältnis der von einer „Wunschkennlinie“ abweichenden Flächen unter und zwischen den Frequenzverläufen ergeben.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Mischungsverhältnis im Wesentlichen stufenlos verschiedene Werte zwischen einem definierten Minimum und einem definierten Maximum annehmen, z.B. zwischen 0% und 100% oder zwischen 10% und 90%.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Audioverarbeitung eines Eingangs-Audiosignals. Diese enthält einen Oberwellengenerator zum Erzeugen von harmonischen Oberwellen eines Bassanteils des Eingangs-Audiosignals, einen Bass-Pegelregler zum Erzeugen eines bassreduzierten Eingangs-Audiosignals durch Reduzieren der Amplitude desjenigen Bassanteils des Eingangs-Audiosignals, zu dem die harmonischen Oberwellen erzeugt werden, und einen Signalkombinationsblock zum Zumischen der erzeugten Oberwellen zu dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal, wobei ein Ausgabesignal entsteht. Der Bassanteil des Ausgabesignals wird als Ausgabe-Bassanteil bezeichnet. Außerdem enthält die Vorrichtung eine Kontrolleinheit zur Steuerung des Signalkombinationsblocks, wobei der Signalkombinationsblock mindestens drei Betriebsarten aufweist, von denen eine durch eine Kontrolleinheit ausgewählt wird. In einer ersten Betriebsart sind keine erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal enthalten und der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals ist vollständig im Ausgabesignal enthalten, so dass der Ausgabe-Bassanteil dem Bassanteil des Eingangs-Audiosignals entspricht. In einer zweiten Betriebsart sind die erzeugten Oberwellen mit einer definierten maximalen Oberwellenamplitude im Ausgabesignal enthalten und der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals ist nur mit der Restbassamplitude im Ausgabesignal enthalten. In einer dritten Betriebsart ist eine Mischung der erzeugten Oberwellen und des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals im Ausgabesignal enthalten, wobei das Mischungsverhältnis fest vorgegeben oder veränderlich sein kann. Insbesondere weist in der dritten Betriebsart der Ausgabe-Bassanteil eine Amplitude auf, die geringer ist als in der ersten Betriebsart und höher als in der zweiten Betriebsart, und die erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal weisen eine Amplitude auf, die höher ist als in der ersten Betriebsart und geringer als in der zweiten Betriebsart.
5 zeigt eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform. Ein Eingangs-Audiosignal S_E durchläuft ein erstes Filter 560, das ein bassreduziertes Eingangs-Audiosignal S_H , liefert, und ein zweites Filter 510, das den Bassanteil S_B1 des Eingangs-Audiosignals liefert. Das erste Filter 560 kann ein Hochpass, das zweite Filter 510 ein Tiefpass oder ein Bandpass sein, wobei die untere Grenzfrequenz des Bandpasses so liegt, dass im Wesentlichen nur ein Gleichanteil des Eingangs-Audiosignals S_E ausgefiltert wird. Außerdem entspricht die untere Grenzfrequenz des ersten Filters 560 der oberen Grenzfrequenz des zweiten Filters 510, so dass genau der Bassanteil S_S1 des Eingangs-Audiosignals in dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal S_H , fehlt. Dieser Bassanteil S_B1 des Eingangs-Audiosignals wird sowohl auf einen Oberwellengenerator 520 als auch auf einen Mischer 545 gegeben. Der Oberwellengenerator 520 erzeugt harmonische Oberwellen des Bassanteils S_B1 und gibt diese zur Bandbegrenzung an ein drittes Filter 530 weiter. Dieses ist ein Bandpassfilter, das die Grundwelle unterhalb seiner unteren Grenzfrequenz sowie unerwünschte Oberwellen oberhalb seiner oberen Grenzfrequenz ausfiltert, und an dessen Ausgang das virtuelle Basssignal S_VB1 zur Verfügung steht. Ein Signalkombinationsblock 540 mischt nun in dem Mischer 545 den Bassanteil S_B1 des Eingangs-Audiosignals mit dem virtuellen Basssignal S_VB1 gemäß einem durch einen Kontrollblock 570 vorgegebenen Mischungsverhältnis M, um ein resultierendes Basssignal S_MB1 zu erhalten. Dieses resultierende Basssignal S_MB1 wird in einem Überlagerungsblock 550, z.B. einem Addierer, dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal S_H1 überlagert. Dadurch entsteht das Ausgangssignal S_A , in dem der ursprüngliche Bassanteil S_B1 und der virtuelle Bassanteil S_VB1 gemäß dem Mischungsverhältnis gemischt sind.
Der Kontrollblock 570, der das Mischungsverhältnis M steuert, kann in einer einfachen Variante eine fest vorgegebene Einstellung (z.B. je 50%) oder ein manueller Regler sein. Für die oben genannten drei Betriebsarten können z.B. Mischungsverhältnisse gemäß folgender Tabelle eingestellt werden. Tab.1: Mischungsverhältnis nach Betriebsarten

Betriebsart Anteil Originalbass (S_B1) Anteil synth. Bass (S_VB1)

1. Betriebsart („Original“) 100% 0%

2. Betriebsart („Synthetisch“) 0% 100%

3. Betriebsart („Gemischt“) 50% 50%
Dabei ist zu beachten, dass die Mischungsverhältnisse notwendigerweise nicht an den Flanken, d.h. im Bereich der Grenzfrequenz f_c , der Filter 510,560 gelten, sondern nur in ausreichend davon entfernten Frequenzbereichen (d.h. außerhalb der Flanken).
6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 600 in einer zweiten Ausführungsform. Das Eingangs-Audiosignal S_E durchläuft wieder ein erstes (Hochpass-) Filter 660, das ein bassreduziertes Eingangs-Audiosignal S_H2 liefert, und ein zweites (Tiefpass- oder Bandpass-) Filter 610, das den Bassanteil S_B2 des Eingangs-Audiosignals liefert. Dieser Bassanteil S_B2 des Eingangs-Audiosignals wird auf den Oberwellengenerator 620 gegeben, der harmonische Oberwellen des Bassanteils S_B2 erzeugt und diese zur Bandbegrenzung an das dritte (Bandpass-) Filter 630 weitergibt, der das virtuelle Basssignal S_VB2 ausgibt. In einem Überlagerungsblock 650, z.B. einem Addierer, innerhalb eines Signalkombinationsblocks 640 wird nun das virtuelle Basssignal S_VB2 dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal S_H2 überlagert und dadurch ein komplettes Audiosignal Sv mit virtuellem Bass erzeugt. Anders als in der ersten Ausführungsform in 5 werden das Audiosignal Sv mit virtuellem Bass und das Eingangs-Audiosignal S_E direkt auf einen Mischer 645 gegeben, der diese beiden Anteile gemäß dem Mischungsverhältnis mischt und das Ausgabesignal S_A erzeugt. Das Mischungsverhältnis kann, wie oben, durch den Kontrollblock 670 gesteuert werden. In einer einfachen Variante kann der Kontrollblock 670 ein manueller Regler sein.
Der regelbare Mischer 545,645 ist vereinfacht als Potentiometer dargestellt, wird aber typischerweise aus aktiven Bauteilen aufgebaut werden. Statt eines regelbaren Mischers können aber auch die Signalpegel bzw. Signalamplituden gesteuert werden. In einer dritten Ausführungsform, die der zweiten Ausführungsform ähnelt und in 7 dargestellt ist, ist im Signalkombinationsblock 740 ein weiterer Überlagerungsblock 745 oder Addierer enthalten, und ein Limiter 780 reduziert bzw. limitiert das Eingangs-Audiosignal S_E entsprechend der Steuergröße S_Ctr . Der Limiter 780 kann z.B. Teil eines regelbaren Verstärkers sein, dessen Verstärkung im Bassbereich reduziert werden kann. Der Limiter 780 kann auch Teil des Signalkombinationsblocks 740 sein. Ein zweiter Limiter 785 erhöht den Anteil des virtuellen Basses entsprechend, ebenfalls in Abhängigkeit des Steuersignals S_Ctr . Je stärker das Eingangs-Audiosignal S_E reduziert wird, umso mehr wird der Anteil des virtuellen Basses verstärkt, und umgekehrt. Die restlichen Blöcke entsprechen denen der zweiten Ausführungsform in 6. Daher entspricht die dritte im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform, wobei der Mischer 645 durch einen Überlagerungsblock 745 bzw. Addierer und zwei Limiter 780, 785 ersetzt ist.
In 8 sind der regelbare Mischer 545 des Signalkombinationsblocks 540 und der Kontrollblock 570 der ersten Ausführungsform dargestellt. Die folgenden Ausführungen gelten aber ebenso für die Mischer 645 bzw. Mischer 745 und Limiter 780,785 der Signalkombinationsblöcke 640,740 und die Kontrollblöcke 670,770 der zweiten und dritten Ausführungsform. Dabei werden in der ersten Ausführungsform die Eingänge S_e1 ,S_e2 des Mischers 545 mit den Signalen S_VB1 und S_B1 beaufschlagt und am Ausgang S_m das Mischsignal S_MB1 ausgegeben. In der zweiten und dritten Ausführungsform werden die Eingänge S_e1 ,S_e2 des Mischers 645 bzw. der Limiter 780,785 mit den Signalen S_E und Sv beaufschlagt und am Ausgang S_m das Mischsignal S_A ausgegeben. Der Kontrollblock 570 kann z.B. einen Prozessor enthalten, der einen oder mehrere der oben genannten Parameter ermitteln kann. Dazu erhält er Eingangsgrößen S_C1 ,...,S_Cn wie oben beschrieben. Der Kontrollblock 570 kann auch mit einem Betriebsarten-Wahlschalter UI verbunden sein, um eine Steuerung durch einen Nutzer zu ermöglichen. Der Betriebsarten-Wahlschalter UI kann z.B. als mechanischer Schalter, aber auch als grafische Benutzeroberfläche eines elektronischen Steuergeräts ausgestaltet sein.
Der Kontrollblock 570 erzeugt gemäß den Eingangsgrößen S_C1 ,...,S_Cn und einer mit dem Betriebsarten-Wahlschalter UI eingestellten Betriebsart Kontrollsignale S_Ctr , mit denen der Mischer 545,645,745 innerhalb des Signalkombinationsblocks 540,640,740 gesteuert wird, um ein entsprechendes Mischungsverhältnis zu erzeugen. Die Eingangsgrößen S_C1 ,...,S_Cn können z.B. ein Pegel bzw. eine Amplitude eines (Teil-) Signals, ein Spektrum, ein Temperaturmesswert, ein kalorimetrischer Messwert, eine Uhrzeit oder ein Signal eines Zeitmessers sein. Der Kontrollblock 570 kann diese Eingangsgrößen miteinander kombinieren, um das Kontrollsignal S_Ctr zu erzeugen. Z.B kann eine Signalpegelanalyse vorgenommen werden, anhand der eine Vorhersage über die Temperaturentwicklung der Verstärker-Endstufe, des Netzteils und/oder des Lautsprechers gemacht werden kann. Abhängig davon kann dann, wie in der dritten Ausführungsform, ein Limiter aktiviert werden, der zumindest den Bassanteil des Eingangs-Audiosignals S_E reduziert und durch virtuellen Bass ersetzt.
In einer Ausführungsform kann im Prinzip stufenlos zwischen „echtem“ und „virtuellem“ Bass übergeblendet werden, indem das Mischungsverhältnis M kontinuierlich von einem Minimalwert (z.B. „0%“) zu einem Maximalwert (z.B. „100%“) verändert wird. Dabei müssen der Minimalwert und der Maximalwert nicht unbedingt bedeuten, dass jeweils ein Anteil (virtueller Bass oder Originalbass) komplett entfallen. Z.B. kann der Minimalwert auch bedeuten, dass 10% virtueller Bass dem Originalbass beigemischt wird, oder dass virtueller Bass erst dann beigemischt wird, wenn der Originalbass um mindestens einen bestimmten Wert reduziert ist, z.B. um 10%. Im Prinzip ist es auch möglich, unabhängig von der Betriebsart zusätzlich virtuellen Bass beizumischen. Die Mischung bzw. Überblendung ermöglicht es, die Vorteile beider Systeme optimal zu nutzen. Daher ist eine Optimierung des Klangerlebnisses in Bezug auf wiedergebbaren Bass unter Berücksichtigung verschiedener Einflüsse wie Pegel, Klangempfinden, räumliche Situation, Temperatur, Uhrzeit möglich.
Die Erfindung kann als separates Gerät zur Audiosignalverarbeitung implementiert werden. Sie kann aber auch in ein anderes Gerät integriert werden, wie z.B. einen Verstärker, eine Soundbar, einen Subwoofer oder ein Mischpult.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 97/042789 [0003]

Claims

Verfahren (300) zur Audioverarbeitung eines Eingangs-Audiosignals mit den Schritten: - Erzeugen (310;OWG) von harmonischen Oberwellen (S_VB1,S_VB2) eines Bassanteils (S_B1,S_B2) des Eingangs-Audiosignals; - Erzeugen eines bassreduzierten Eingangs-Audiosignals (S_H1,S_H2) aus dem Eingangs-Audiosignal durch Reduzieren (320;HP) der Amplitude desjenigen Bassanteils, zu dem die harmonischen Oberwellen erzeugt werden, auf eine Restbassamplitude; und - Zumischen (330;550;650) der erzeugten Oberwellen zu dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal, wobei ein Ausgabesignal (S_A) mit einem Ausgabe-Bassanteil entsteht; wobei es mindestens drei Betriebsarten gibt, wobei - in einer ersten Betriebsart keine erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal enthalten sind und der Ausgabe-Bassanteil dem Bassanteil des Eingangs-Audiosignals entspricht; - in einer zweiten Betriebsart die erzeugten Oberwellen mit einer maximalen Oberwellenamplitude im Ausgabesignal enthalten sind und der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals nur mit der Restbassamplitude im Ausgabesignal enthalten ist; und - in einer dritten Betriebsart eine Mischung der erzeugten Oberwellen und des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals im Ausgabesignal enthalten ist, wobei der Ausgabe-Bassanteil eine Amplitude aufweist, die geringer ist als in der ersten Betriebsart und höher ist als in der zweiten Betriebsart, und wobei die erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal eine Amplitude aufweisen, die höher ist als in der ersten Betriebsart und geringer ist als in der zweiten Betriebsart.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der dritten Betriebsart die Mischung gemäß einem Mischungsverhältnis erfolgt, und wobei das Mischungsverhältnis variabel ist und automatisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei - beim Reduzieren der Amplitude des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals die Amplitude entsprechend dem Mischungsverhältnis reduziert wird; und - die Amplitude der zugemischten Oberwellen entsprechend dem Mischungsverhältnis geregelt wird, wobei die Amplitude der zugemischten Oberwellen umso höher ist, je geringer die Amplitude des Ausgabe-Bassanteils ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-3, wobei das Mischungsverhältnis aus mindestens einem Parameter automatisch ermittelt wird, wobei der Parameter durch eine Zeitermittlung, eine Temperaturmessung, eine Leistungsmessung mindestens des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals oder einen Betriebsarten-Wahlschalter gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischungsverhältnis aus einer Kombination von mindestens zwei der genannten Parameter automatisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Mischungsverhältnis aus einer Kombination aus einer Uhrzeit, einer Leistung mindestens des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals und eines Betriebsarten-Wahlschalters automatisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Leistung mindestens des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals gemessen und daraus eine Temperatur einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens oder eines Lautsprechers abgeschätzt wird, wobei die geschätzte Temperatur als ein Parameter in die Ermittlung des Mischungsverhältnisses eingeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-7, wobei das Mischungsverhältnis im Wesentlichen stufenlos verschiedene Werte zwischen einem definierten Minimum und einem definierten Maximum annehmen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Bandbreite des von dem Reduzieren und dem Mischen betroffenen Bassanteils variabel ist.
Vorrichtung (500,600,700) zur Audioverarbeitung eines Eingangs-Audiosignals (S_E) mit - einem Oberwellengenerator (520,620) zum Erzeugen von harmonischen Oberwellen (S_VB1,S_VB2) eines Bassanteils (S_B1,S_B2) des Eingangs-Audiosignals; - einem Bass-Pegelregler (560,660) zum Erzeugen eines bassreduzierten Eingangs-Audiosignals (S_H1,S_H2) durch Reduzieren der Amplitude desjenigen Bassanteils des Eingangs-Audiosignals, zu dem die harmonischen Oberwellen erzeugt werden, auf eine Restbassamplitude; - einem Signalkombinationsblock (540,640,740) zum Zumischen der erzeugten Oberwellen (S_VB1,S_VB2) zu dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal, wobei ein Ausgabesignal (S_A) mit einem Ausgabe-Bassanteil entsteht; und - eine Kontrolleinheit (570,670,770) zur Steuerung des Signalkombinationsblocks (540, 640,740); wobei der Signalkombinationsblock (540,640,740) mindestens drei Betriebsarten aufweist, von denen eine durch die Kontrolleinheit (570,670,770) ausgewählt wird, wobei - in einer ersten Betriebsart keine vom Oberwellengenerator erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal enthalten sind und der Ausgabe-Bassanteil dem Bassanteil des Eingangs-Audiosignals entspricht; - in einer zweiten Betriebsart die vom Oberwellengenerator erzeugten Oberwellen mit einer maximalen Oberwellenamplitude im Ausgabesignal enthalten sind und der Bassanteil des Eingangs-Audiosignals nur mit der Restbassamplitude im Ausgabesignal enthalten ist; und - in einer dritten Betriebsart eine Mischung der vom Oberwellengenerator erzeugten Oberwellen und des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals im Ausgabesignal enthalten ist, wobei der Ausgabe-Bassanteil eine Amplitude aufweist, die geringer ist als in der ersten Betriebsart und höher ist als in der zweiten Betriebsart, und wobei die erzeugten Oberwellen im Ausgabesignal eine Amplitude aufweisen, die höher ist als in der ersten Betriebsart und geringer ist als in der zweiten Betriebsart.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei in der dritten Betriebsart die Mischung gemäß einem Mischungsverhältnis erfolgt, und wobei das Mischungsverhältnis variabel ist und - beim Reduzieren der Amplitude des Bassanteils des Eingangs-Audiosignals die Amplitude entsprechend dem Mischungsverhältnis reduziert wird; und - die Amplitude der zugemischten Oberwellen entsprechend dem Mischungsverhältnis geregelt wird, wobei die Amplitude der zugemischten Oberwellen umso höher ist, je geringer die Amplitude des Ausgabe-Bassanteils ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Signalkombinationsblock (540) einen Mischer (545) zum Mischen der erzeugten Oberwellen (S_VB1) mit dem Bassanteil (S_B1) des Audio-Eingangssignals enthält, wobei ein resultierendes Basssignal (S_MB1) entsteht, und einen Überlagerungsblock (550) zum Überlagern des resultierenden Basssignals (S_MB1) und des bassreduzierten Eingangs-Audiosignals (S_H1).
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Signalkombinationsblock (640, 740) einen Überlagerungsblock (650) zum Überlagern der erzeugten Oberwellen (S_VB2) mit dem bassreduzierten Eingangs-Audiosignal (S_H2) enthält, wobei ein Audiosignal (Sv) mit virtuellem Bass entsteht, und einen Mischer (645, 745) zum Mischen des Eingangs-Audiosignals (S_E) mit dem Audiosignal (Sv) mit virtuellem Bass.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, wobei die Kontrolleinheit (570, 670, 770) in der dritten Betriebsart die Amplituden der erzeugen Oberwellen und des Ausgabe-Bassanteils aus mindestens einem Parameter (S_C1,...,S_Cn,UI) automatisch ermittelt, wobei der mindestens eine Parameter durch eine Zeitermittlung, eine Temperaturmessung, oder eine Leistungsmessung des Eingangs-Audiosignals (S_E) oder dessen Bassanteils (S_B1,S_B2) gewonnen wird.
Soundbar, Subwoofer oder Mischpult mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14.