DE102023107434B3 - Calibrating a loudspeaker system - Google Patents

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DE102023107434B3 DE102023107434.2A DE102023107434A DE102023107434B3 DE 102023107434 B3 DE102023107434 B3 DE 102023107434B3 DE 102023107434 A DE102023107434 A DE 102023107434A DE 102023107434 B3 DE102023107434 B3 DE 102023107434B3
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems in einer akustischen Umgebung. Das Verfahren umfasst Schritte des Erstellens eines lokalen Frequenzgangs basierend auf einem aufgenommenen Testsignal und des Erstellens eines Zielfrequenzgangs. Basierend auf einer Differenz zwischen dem lokalen Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang wird ein Differenzfrequenzgang erstellt. Eine Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, die Minima des lokalen Frequenzgangs zugeordnet sind, wird erstellt und ein oder mehrere Filterfrequenzbereiche, die sich nicht mit den Ausschlussfrequenzbereichen überschneiden, werden identifiziert. Aus den identifizierten Filterfrequenzbereichen wird eine Zielfilterfrequenz ausgewählt und ein mit der Zielfilterfrequenz in Beziehung stehendes Kalibrierungsfilter in einem Equalizer des Lautsprechersystems implementiert. Die Erfindung betrifft ferner ein Lautsprechersystem, das zur Durchführung des obigen Verfahrens zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems eingerichtet ist.The invention relates to a method for calibrating a loudspeaker system in an acoustic environment. The method comprises steps of creating a local frequency response based on a recorded test signal and creating a target frequency response. Based on a difference between the local frequency response and the target frequency response, a difference frequency response is created. A list of exclusion frequency ranges associated with minima of the local frequency response is created and one or more filter frequency ranges that do not overlap with the exclusion frequency ranges are identified. A target filter frequency is selected from the identified filter frequency ranges and a calibration filter related to the target filter frequency is implemented in an equalizer of the loudspeaker system. The invention further relates to a loudspeaker system configured to carry out the above method for calibrating a loudspeaker system.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Lautsprechersystem.The present invention relates to a method for calibrating a loudspeaker system. The present invention further relates to a loudspeaker system.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Lautsprechersysteme werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen akustischen Aufbauten verwendet, von kleinen Lautsprechersystemen wie beispielsweise einer Stereoanlage im Wohnzimmer bis hin zu größeren Systemen für den Einsatz in großen Veranstaltungsorten wie beispielsweise Konzerten reichend. Verfahren zum Kalibrieren von Lautsprechersystemen sind aus der DE 101 05 184 A1 , der EP 1 401 243 A1 sowie der DE 10 2018 120 229 A1 bekannt.Loudspeaker systems are used in a variety of different acoustic setups, ranging from small speaker systems such as a stereo system in the living room to larger systems for use in large venues such as concerts. Methods for calibrating loudspeaker systems are known from EN 101 05 184 A1 , the EP 1 401 243 A1 and the EN 10 2018 120 229 A1 known.

Der Frequenzgang eines Lautsprechers in einem Raum wird typischerweise durch eine Reihe von unerwünschten Interferenzeffekten beeinflusst, wie beispielsweise konstruktive und destruktive Interferenzeffekte. Die Kompensation solcher Interferenzen kann durch eine Entzerrung des Frequenzgangs mit Hilfe von Filtern erfolgen. Für einige Arten von Interferenzen kann die Anwendung von Filtern jedoch nicht besonders geeignet sein und könnte im schlimmsten Fall zu einer Übersteuerung von Lautsprechern des Lautsprechersystems führen.The frequency response of a loudspeaker in a room is typically affected by a number of unwanted interference effects, such as constructive and destructive interference effects. Compensation for such interference can be achieved by equalizing the frequency response using filters. However, for some types of interference, the use of filters may not be particularly suitable and, in the worst case, could lead to overloading of loudspeakers in the loudspeaker system.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die oben erwähnte Herausforderung in Bezug auf die Kompensation von Interferenzeffekten erkannt und stellt das untenstehende Verfahren zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems bereit, um einen gewünschten Frequenzgang zu erhalten, ohne Übersteuerung von Lautsprechern des Lautsprechersystems zu riskieren.The inventors of the present invention have recognized the above-mentioned challenge regarding the compensation of interference effects and provide the method below for calibrating a loudspeaker system to obtain a desired frequency response without risking overloading of loudspeakers of the loudspeaker system.

Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems in einer akustischen Umgebung;
wobei das Lautsprechersystem mindestens einen Lautsprecher, einen Audioverstärker, einen Equalizer und einen Audiosignalprozessor umfasst;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • Anlegen eines Audiotestsignals an das Lautsprechersystem, um einen Audiotestton in der akustischen Umgebung zu erzeugen, Aufnehmen des Audiotesttons an einer Hörposition in der akustischen Umgebung, um ein aufgenommenes Testsignal zu erhalten, und Bereitstellen eines lokalen Frequenzgangs basierend auf dem aufgenommenen Testsignal;
  • Bereitstellen eines Zielfrequenzganges für den mindestens einen Lautsprecher in der akustischen Umgebung;
  • Erstellen eines Differenzfrequenzgangs basierend auf einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem lokalen Frequenzgang;
  • Erzeugen einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, die Minima des lokalen Frequenzgangs zugeordnet sind, basierend auf einem Ausschlusskriterium;
  • Identifizieren eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche, die Minima und/oder Maxima des Differenzfrequenzgangs zugeordnet sind, wobei sich die Filterfrequenzbereiche nicht mit den Ausschlussfrequenzbereichen überlappen;
  • Auswählen einer Zielfilterfrequenz, ausgewählt aus den identifizierten Filterfrequenzbereichen; und
  • Implementieren eines mit der Zielfilterfrequenz in Beziehung stehenden Kalibrierungsfilters in dem Equalizer, um einen gefilterten Frequenzgang bereitzustellen, wobei das Kalibrierungsfilter angeordnet ist, eine Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang zu reduzieren.
One aspect of the invention relates to a method for calibrating a loudspeaker system in an acoustic environment;
wherein the speaker system comprises at least one speaker, an audio amplifier, an equalizer and an audio signal processor;
the method comprising the following steps:
  • Applying an audio test signal to the loudspeaker system to generate an audio test tone in the acoustic environment, recording the audio test tone at a listening position in the acoustic environment to obtain a recorded test signal, and providing a local frequency response based on the recorded test signal;
  • Providing a target frequency response for the at least one loudspeaker in the acoustic environment;
  • Creating a difference frequency response based on a difference between the target frequency response and the local frequency response;
  • Generating a list of exclusion frequency ranges associated with minima of the local frequency response based on an exclusion criterion;
  • Identifying one or more filter frequency ranges associated with minima and/or maxima of the difference frequency response, wherein the filter frequency ranges do not overlap with the cutoff frequency ranges;
  • Selecting a target filter frequency selected from the identified filter frequency ranges; and
  • Implementing a calibration filter related to the target filter frequency in the equalizer to provide a filtered frequency response, the calibration filter arranged to reduce a difference between the filtered frequency response and the target frequency response.

Ein Lautsprecher ist ein Gerät, ausgestaltet, ein Audiosignal in Schall in Form von akustischen Wellen, d. h. Schallwellen, umzuwandeln. Typischerweise umfasst ein Lautsprecher eine Lautsprechermembran, die sich entsprechend dem Audiosignal hin- und herbewegt, um Druckwellen aus Luft, d. h. Schallwellen, zu erzeugen.A loudspeaker is a device designed to convert an audio signal into sound in the form of acoustic waves, i.e. sound waves. Typically, a loudspeaker comprises a speaker diaphragm that moves back and forth in response to the audio signal to generate pressure waves of air, i.e. sound waves.

Die Intensität einer Schallwelle kann durch den Schalldruckpegel quantifiziert werden. Der Schalldruckpegel kann gemessen und in Dezibel-Einheiten relativ zu einem Referenzpegel ausgedrückt werden.The intensity of a sound wave can be quantified by the sound pressure level. The sound pressure level can be measured and expressed in decibel units relative to a reference level.

Beispielsweise kann der Schalldruckpegel Lp (in dB-Einheiten) einer Schallwelle anhand der folgenden Gleichung berechnet werden, wobei p der Schalldruck der Schallwelle und p0 der Referenzschalldruck ist: L p = 20 l o g 10 ( p p 0 ) d B

Figure DE102023107434B3_0001
For example, the sound pressure level L p (in dB units) of a sound wave can be calculated using the following equation, where p is the sound pressure of the sound wave and p 0 is the reference sound pressure: L p = 20 l O G 10 ( p p 0 ) d B
Figure DE102023107434B3_0001

Ein häufig verwendeter Referenzpegel für Schall ist die Wahrnehmungsschwelle eines durchschnittlichen Menschen, d. h. der niedrigste Schalldruck, den ein Mensch hören kann. Beispielsweise kann der Referenzschalldruck in der Größenordnung von 20 Mikropascal liegen.A commonly used reference level for sound is the perception threshold of an average person, i.e. the lowest sound pressure that a person can hear. For example, the reference sound pressure can be on the order of 20 micropascals.

Vergleicht man zwei Schalldruckpegel zweier unterschiedlicher Schallwellen, so kann die Differenz zwischen den beiden Schalldruckpegeln auch als Schalldruckpegel bezeichnet werden.If you compare two sound pressure levels of two different sound waves, the difference between the two sound pressure levels can also be called the sound pressure level.

Unter einem Lautsprechersystem versteht man ein System umfassend einen oder mehrere Lautsprecher, beispielsweise umfassend einen einzelnen Lautsprecher, der als eigenständiges Gerät arbeitet, oder beispielsweise zwei Lautsprecher, die zusammenarbeiten, um eine Stereowiedergabe eines Audiosignals bereitzustellen. Das Lautsprechersystem kann darüber hinaus eine oder mehrere Lautsprechertreibereinheiten, wie beispielsweise Verstärker, umfassen, die ein verstärktes Audiosignal an den einen oder die mehreren Lautsprecher bereitstellt. Ein Lautsprecher, der ein verstärktes Audiosignal von einer externen Treibereinheit empfängt, kann auch als passiver Lautsprecher bezeichnet werden.A speaker system is understood to mean a system comprising one or more speakers, for example comprising a single speaker operating as a stand-alone device or, for example, two speakers working together to provide a stereo reproduction of an audio signal. The speaker system may further comprise one or more speaker driver units, such as amplifiers, that provide an amplified audio signal to the one or more speakers. A speaker that receives an amplified audio signal from an external driver unit may also be referred to as a passive speaker.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Lautsprechersystem mindestens eine Lautsprechertreibereinheit, wie beispielsweise mindestens einen Verstärker, die ein von dem einen oder den mehreren Lautsprechern des Lautsprechersystems getrenntes Gerät ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst der eine oder die mehreren Lautsprecher des Lautsprechersystems eine oder mehrere Lautsprechertreibereinheiten, wie beispielsweise einen oder mehrere Verstärker. Ein Lautsprecher umfassend seine eigene(n) Antriebseinheit(en) kann auch als Aktivlautsprecher bezeichnet werden.In one embodiment of the invention, the loudspeaker system comprises at least one loudspeaker drive unit, such as at least one amplifier, which is a separate device from the one or more loudspeakers of the loudspeaker system. In an alternative embodiment of the invention, the one or more loudspeakers of the loudspeaker system comprises one or more loudspeaker drive units, such as one or more amplifiers. A loudspeaker comprising its own drive unit(s) may also be referred to as an active loudspeaker.

Ein Audioverstärker kann auch als Audio-Leistungsverstärker verstanden werden. Der Audioverstärker ist ausgestaltet, ein elektronisches Audiosignal zu verstärken. Typischerweise ist ein Audiosignal, das einem Lautsprecher zugeführt wird, ein Audiosignal, das durch einen Audioverstärker verstärkt wurde. Daher umfasst ein Lautsprechersystem typischerweise einen Audioverstärker.An audio amplifier can also be understood as an audio power amplifier. The audio amplifier is designed to amplify an electronic audio signal. Typically, an audio signal fed to a loudspeaker is an audio signal that has been amplified by an audio amplifier. Therefore, a loudspeaker system typically includes an audio amplifier.

Das Lautsprechersystem kann auch einen Equalizer enthalten. Unter einem Equalizer kann eine Vorrichtung verstanden werden, die ausgestaltet ist, eine Balance zwischen Frequenzkomponenten eines elektronischen Signals herzustellen. Ein Equalizer kann also dazu verwendet werden, einzelne Frequenzbänder oder Frequenzbereiche zu verstärken und/oder abzuschwächen. Einige Typen von Equalizern arbeiten durch die Implementierung von Frequenzfiltern, z. B. Kalibrierungsfiltern, bei separaten Filterfrequenzen. Der Equalizer kann ein separates Gerät des Lautsprechersystems sein oder er kann als Modul in anderen Komponenten des Lautsprechersystems implementiert sein, z. B. als Software implementiert. Der Equalizer kann ein parametrischer Equalizer sein, d. h. ein variabler Multiband-Equalizer.The loudspeaker system may also include an equalizer. An equalizer may be understood to mean a device that is designed to create a balance between frequency components of an electronic signal. An equalizer may thus be used to amplify and/or attenuate individual frequency bands or frequency ranges. Some types of equalizers work by implementing frequency filters, e.g. calibration filters, at separate filter frequencies. The equalizer may be a separate device of the loudspeaker system or it may be implemented as a module in other components of the loudspeaker system, e.g. implemented as software. The equalizer may be a parametric equalizer, i.e. a variable multiband equalizer.

Das Lautsprechersystem kann einen Audiosignalprozessor umfassen. Unter einem Audiosignalprozessor kann ein Gerät verstanden werden ausgestaltet, ein Audiosignal entweder in einem digitalen oder einem analogen Format zu verarbeiten, wobei die Verarbeitung in einem beliebigen Bereich erfolgen kann, beispielsweise im Zeitbereich oder im Frequenzbereich. Ein Audiosignalprozessor kann daher in der Lage sein, z. B. eine Darstellung der Frequenzzusammensetzung eines Audiosignals zu erzeugen. Der Audiosignalprozessor kann ferner den Equalizer umfassen, zum Beispiel kann der Equalizer ein Audioverarbeitungsmodul des Audiosignalprozessors sein, wie ein softwareimplementiertes Audioverarbeitungsmodul.The loudspeaker system may comprise an audio signal processor. An audio signal processor may be understood to mean a device designed to process an audio signal in either a digital or an analog format, wherein the processing may take place in any domain, for example in the time domain or in the frequency domain. An audio signal processor may therefore be able to generate, for example, a representation of the frequency composition of an audio signal. The audio signal processor may further comprise the equalizer, for example the equalizer may be an audio processing module of the audio signal processor, such as a software-implemented audio processing module.

Eine akustische Umgebung kann als jede Umgebung verstanden werden, die die Ausbreitung von akustischem Schall aus dem Lautsprechersystem beeinflussen, z. B. ein Raum, ein Saal oder sogar ein offener Musikkonzertbereich vor einer Bühne. Insbesondere ein Raum kann einen starken Einfluss auf den akustischen Schall haben, der von einer Person in diesem Raum gehört wird. Die Schallwellen können z. B. von Wänden und Hindernissen im Raum reflektiert werden und dadurch Schallwelleninterferenzen im Raum erzeugen. Interferenz von Wellen kann als ein Wellenphänomen verstanden werden, bei dem sich mehrere Wellen überlagern und konstruktive und/oder destruktive Interferenz erzeugen. In Bereichen der konstruktiven Interferenz addieren sich die Wellen so, dass die kombinierte Amplitude größer ist als die Amplitude einer einzelnen Welle. Trifft zum Beispiel der Scheitelpunkt einer Schallwelle auf den Scheitelpunkt einer anderen Schallwelle der gleichen Frequenz am selben Punkt, so ist die Amplitude die Summe der Einzelamplituden. Im Gegensatz dazu kann bei der destruktiven Interferenz ein Scheitelpunkt einer Schallwelle auf einen Tiefpunkt einer anderen Schallwelle mit derselben Frequenz treffen, und die Amplitude ist dann gleich der Differenz der einzelnen Amplituden. Weiterhin, wenn eine Vielzahl von Lautsprecher gleichzeitig Schallwellen erzeugen, kann außerdem Interferenz als Resultat von interferierenden Schallwellen aus verschiedenen Lautsprechern auftreten. Die Interferenzen von Wellen, die die akustische Schallwiedergabe in einem Raum beeinflussen, können auch so genannte Raummoden enthalten, d. h. Frequenzen, bei denen aufgrund der physikalischen Dimensionen im Raum, z. B. Abstand zwischen festen Wänden, wahrscheinlich stehende Wellen auftreten und die räumlich festgelegte Knoten und Gegenknoten erzeugen, an denen der Schall als besonders abgeschwächt oder verstärkt wahrgenommen wird.An acoustic environment can be understood as any environment that affects the propagation of acoustic sound from the loudspeaker system, for example a room, a hall or even an open music concert area in front of a stage. A room in particular can have a strong influence on the acoustic sound heard by a person in that room. The sound waves can, for example, reflect off walls and obstacles in the room, thereby creating sound wave interference in the room. Interference of waves can be understood as a wave phenomenon in which several waves overlap and create constructive and/or destructive interference. In areas of constructive interference, the waves add up so that the combined amplitude is greater than the amplitude of a single wave. For example, if the peak of one sound wave meets the peak of another sound wave of the same frequency at the same point, the amplitude is the sum of the individual amplitudes. In contrast, in destructive interference, a peak of one sound wave can meet a trough of another sound wave with the same frequency, and the amplitude is then equal to the difference between the individual amplitudes. Furthermore, when a large number of loudspeakers generate sound waves simultaneously, interference can also occur as a result of interfering sound waves from different loudspeakers. The interference of waves that affect the acoustic sound reproduction in a room can also contain so-called room modes, i.e. frequencies at which standing waves are likely to occur due to the physical dimensions in the room, e.g. distance between solid walls, and which create spatially defined nodes and antinodes at which the sound is perceived as particularly attenuated or amplified.

Ein Interferenzmuster eines Lautsprechersystems ist typischerweise abhängig von der Frequenz der abgestrahlten Schallwelle. So kann eine Frequenz ein Interferenzmuster aufweisen, während eine andere Frequenz ein anderes Frequenzmuster aufweist. An einer bestimmten Stelle im Raum kann also eine bestimmte Schallfrequenz aus einem Lautsprechersystem konstruktiv und eine andere Schallfrequenz destruktiv interferieren.An interference pattern of a loudspeaker system is typically dependent on the frequency of the emitted sound wave. One frequency may exhibit one interference pattern, while another frequency may exhibit a different frequency pattern. At a certain point in the room, a certain sound frequency from a loudspeaker system may interfere constructively and another sound frequency may interfere destructively.

Interferenzeffekte in einer akustischen Umgebung, beispielsweise einem Raum, sind typischerweise am ausgeprägtesten bei Frequenzen, die Wellenlängen entsprechen, die in ihrer Größe mit den charakteristischen Dimensionen der akustischen Umgebung, wie beispielsweise der Größe des Raums, vergleichbar sind, z. B. Abständen zwischen Wänden. Solch ausgeprägte Frequenzen können im Bereich von 20 Hz bis 150 Hz liegen, aber im Prinzip sind Interferenzeffekte nicht auf irgendeinen bestimmten Bereich von Frequenzen beschränkt.Interference effects in an acoustic environment, such as a room, are typically most pronounced at frequencies corresponding to wavelengths comparable in size to the characteristic dimensions of the acoustic environment, such as the size of the room, e.g. distances between walls. Such pronounced frequencies may be in the range of 20 Hz to 150 Hz, but in principle interference effects are not limited to any particular range of frequencies.

Ein Ziel eines Lautsprechersystems ist es, das Audiosignal so wiederzugeben, dass der erzeugte akustische Klang von einem Hörer wie beabsichtigt wahrgenommen wird, d. h. der erzeugte akustische Klang ähnelt dem Audiosignal so weit wie möglich. An bestimmten Stellen innerhalb der akustischen Umgebung, beispielsweise an bestimmten Hörpositionen innerhalb der akustischen Umgebung, können jedoch Interferenzeffekte den vom Lautsprechersystem abgegebenen Schall verzerren. Der Einfluss der Interferenzeffekte auf die Wiedergabe des Audiosignals kann durch einen Frequenzgang beschrieben werden. Ein Frequenzgang kann somit eine Änderung des Schalldruckpegels, d. h. eine Verstärkung, über einen Bereich von Frequenzen beschreiben, z. B. aufgrund der akustischen Umgebung. Ein Beispiel für einen idealen Frequenzgang kann ein Frequenzgang sein, der durch eine Verstärkung von 0 dB über den gesamten Frequenzbereich gekennzeichnet ist, d. h. ein flacher Frequenzgang; die meisten akustischen Umgebungen sind jedoch anfällig für Störeffekte wie oben erwähnt, und daher kann der Frequenzgang der akustischen Umgebung von diesem idealen Frequenzgang abweichen. In einem Raum kann zum Beispiel ein Audio-Testsignal an ein Lautsprechersystem angelegt werden, um einen Audiotestton zu erzeugen. An einer Stelle im Raum, beispielsweise einer Hörposition, kann eine Aufnahme des Audiotesttons erfolgen, um ein aufgenommenes Testsignal zur Verfügung zu stellen. Die Frequenzzusammensetzung des aufgenommenen Testsignals wird sich höchstwahrscheinlich von der Frequenzzusammensetzung des Audiotestsignals unterscheiden, d. h. einige Frequenzen im aufgenommenen Testsignal können weniger oder stärker ausgeprägt sein als die entsprechenden Frequenzen im Audiotestsignal.An objective of a loudspeaker system is to reproduce the audio signal in such a way that the acoustic sound produced is perceived by a listener as intended, i.e. the acoustic sound produced resembles the audio signal as closely as possible. However, at certain locations within the acoustic environment, for example at certain listening positions within the acoustic environment, interference effects may distort the sound emitted by the loudspeaker system. The influence of the interference effects on the reproduction of the audio signal can be described by a frequency response. A frequency response can thus describe a change in the sound pressure level, i.e. a gain, over a range of frequencies, e.g. due to the acoustic environment. An example of an ideal frequency response can be a frequency response characterized by a gain of 0 dB over the entire frequency range, i.e. a flat frequency response; however, most acoustic environments are susceptible to interference effects as mentioned above and therefore the frequency response of the acoustic environment may deviate from this ideal frequency response. For example, in a room, an audio test signal may be applied to a loudspeaker system to produce an audio test tone. At a location in the room, such as a listening position, a recording of the audio test tone may be made to provide a recorded test signal. The frequency composition of the recorded test signal will most likely differ from the frequency composition of the audio test signal, i.e. some frequencies in the recorded test signal may be less or more pronounced than the corresponding frequencies in the audio test signal.

Ein lokaler Frequenzgang kann basierend auf einer Differenz zwischen dem aufgenommenen Testsignal und dem Audiotestsignal ermittelt werden. Die Zusammensetzung oder Form des lokalen Frequenzgangs kann durch Interferenzeffekte stark beeinflusst werden. Ein Schalldruckpegelmaximum des lokalen Frequenzgangs kann z. B. wegen konstruktiver Interferenz bei der Frequenz des Schalldruckpegelmaximums vorliegen, und ein Schalldruckpegelminimum des lokalen Frequenzgangs kann z. B. wegen destruktiver Interferenz bei der Frequenz des Schalldruckpegelminimums vorliegen. Der lokale Frequenzgang kann somit als eine Darstellung des Einflusses von Interferenzeffekten auf Schall von einem Lautsprechersystem an einer bestimmten Position innerhalb einer akustischen Umgebung verstanden werden.A local frequency response can be determined based on a difference between the recorded test signal and the audio test signal. The composition or shape of the local frequency response can be strongly influenced by interference effects. For example, a sound pressure level maximum of the local frequency response can be present at the frequency of the sound pressure level maximum due to constructive interference, and a sound pressure level minimum of the local frequency response can be present at the frequency of the sound pressure level minimum due to destructive interference. The local frequency response can thus be understood as a representation of the influence of interference effects on sound from a loudspeaker system at a specific position within an acoustic environment.

Für eine Person, die sich Schall aus einem Lautsprechersystem anhört, können Interferenzeffekte aufgrund der akustischen Umgebung als Verzerrung des gewünschten Schalls wahrgenommen werden. Eine solche Verzerrung kann durch den Einsatz eines oder mehrerer Kalibrierungsfilter korrigiert werden. Wenn zum Beispiel ein lokaler Frequenzgang ein Schalldruckpegelmaximum umfasst, kann ein Kalibrierungsfilter in einem Equalizer so implementiert werden, dass ein an das Lautsprechersystem angelegtes Audiosignal bei Frequenzen des Audiosignals beim Schalldruckpegelmaximum des lokalen Frequenzgangs gedämpft wird. Und ähnlich, wenn ein lokaler Frequenzgang ein Schalldruckpegelminimum aufweist, kann ein Kalibrierungsfilter in den Equalizer implementiert werden, so dass ein an das Lautsprechersystem angelegtes Audiosignal bei Frequenzen des Audiosignals an dem Schalldruckpegelmaximum des lokalen Frequenzgangs verstärkt wird.To a person listening to sound from a loudspeaker system, interference effects due to the acoustic environment may be perceived as distortion of the desired sound. Such distortion may be corrected through the use of one or more calibration filters. For example, if a local frequency response includes a sound pressure level maximum, a calibration filter may be implemented in an equalizer such that an audio signal applied to the loudspeaker system is attenuated at frequencies of the audio signal at the sound pressure level maximum of the local frequency response. And similarly, if a local frequency response includes a sound pressure level minimum, a calibration filter may be implemented in the equalizer such that an audio signal applied to the loudspeaker system is amplified at frequencies of the audio signal at the sound pressure level maximum of the local frequency response.

Eine akustische Umgebung kann einen oder mehrere besonders ausgeprägte destruktive Interferenzeffekte bei bestimmten Frequenzen aufweisen. Eine solche destruktive Interferenz kann im Folgenden als akustische Null bezeichnet werden. Eine akustische Null kann zum Beispiel durch einen Schalldruckpegel gekennzeichnet sein, der um 9 dB im Vergleich zu einem mittleren Schalldruckpegel eines lokalen Frequenzgangs reduziert ist.An acoustic environment may exhibit one or more particularly pronounced destructive interference effects at certain frequencies. Such destructive interference may be referred to below as an acoustic null. An acoustic null may, for example, be characterized by a sound pressure level that is reduced by 9 dB compared to an average sound pressure level of a local frequency response.

Im Allgemeinen besteht ein Zweck eines Equalizers darin, den Frequenzgang eines Lautsprechersystems mithilfe eines oder mehrerer Filter zu verändern. Ein Equalizer kann z. B. verwendet werden, um den Frequenzgang eines Lautsprechersystems zu glätten, indem Filter, beispielsweise Filter erster Ordnung und Filter zweiter Ordnung, auf ein Audiosignal angewendet werden, wodurch Spitzen und/oder Einbrüche im lokalen Frequenzgang kompensiert oder korrigiert werden. Allerdings kann es mit solchen Korrekturen zusammenhängenden Problemen geben, und dies sind Probleme, die insbesondere mit den oben erwähnten akustischen Nullen zusammenhängen. Eine Implementierung eines Filters, das Frequenzen eines Audiosignals an einem akustischen Nullpunkt verstärkt, kann übermäßig große Energiemengen erfordern, um zu verstärken, was vom Verstärker möglicherweise einfach nicht reproduziert werden kann oder was in Schäden am Lautsprechersystem aufgrund von Übersteuerung des einen oder der mehreren Lautsprecher resultieren kann. Alternativ kann ein Equalizer eingerichtet sein, Minima des lokalen Frequenzgangs zu ignorieren, um das oben genannte Problem der Übersteuerung zu umgehen, während nur eine oder mehrere Filter zur Korrektur von Maxima im lokalen Frequenzgang eingesetzt werden.In general, one purpose of an equalizer is to modify the frequency response of a loudspeaker system using one or more filters. For example, an equalizer can be used to smooth the frequency response of a loudspeaker system by applying filters, such as first-order and second-order filters, to an audio signal, thereby compensating or correcting peaks and/or dips in the local frequency response. However, there may be problems associated with such corrections. problems, and these are problems particularly related to the acoustic nulls mentioned above. An implementation of a filter that amplifies frequencies of an audio signal at an acoustic null point may require excessively large amounts of energy to amplify, which may simply not be reproduced by the amplifier, or which may result in damage to the loudspeaker system due to overloading of the one or more loudspeakers. Alternatively, an equalizer may be arranged to ignore minima of the local frequency response to circumvent the above-mentioned problem of overloading, while only using one or more filters to correct maxima in the local frequency response.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Kalibrierung eines Lautsprechersystems durch Implementierung eines oder mehrerer Filter zur Korrektur eines lokalen Frequenzgangs. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann das Verfahren in ein Lautsprechersystem programmiert sein, und ein oder mehrere Schritte des Verfahrens können zumindest teilweise durch externe Eingaben von einem Steuergerät, wie beispielsweise einem Smartphone, Computer oder Tablet, gesteuert werden.The present invention relates to a method for performing a calibration of a loudspeaker system by implementing one or more filters for correcting a local frequency response. According to embodiments of the invention, the method may be programmed into a loudspeaker system, and one or more steps of the method may be controlled at least partially by external inputs from a control device, such as a smartphone, computer or tablet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in diesem Abschnitt kurz zusammengefasst und anschließend ausführlicher beschrieben. Das Verfahren beruht auf der Messung eines lokalen Frequenzgangs innerhalb einer akustischen Umgebung, der mit einem Zielfrequenzgang verglichen werden kann, um einen Differenzfrequenzgang zu erzeugen. Diese Frequenzgänge werden analysiert, um eine Liste von Ausschlussfrequenzbereichen zu erstellen, die Frequenzbereiche sind, in denen akustische Nullen erwartet werden. Anschließend werden verbleibende Frequenzbereiche analysiert, um eine Zielfilterfrequenz zu ermitteln, d. h. eine Frequenz, bei der ein Filter eingesetzt werden kann. Wenn das Filter implementiert ist, wird ein gefilterter Frequenzgang bereitgestellt, der basierend auf dem lokalen Frequenzgang in Kombination mit den Parametern des implementierten Filters berechnet werden kann. Typischerweise können die Parameter des implementierten Kalibrierungsfilters gewählt werden, eine Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und der Zielfilterfrequenz zu verringern. Nach der Implementierung eines Filters kann die Prozedur wiederholt werden, um eine beliebige Anzahl von Filtern zu implementieren, so dass die Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang weiter verringert wird, wobei akustische Nullen durch Ausschlussfrequenzbereiche berücksichtigt werden.The method according to the invention is briefly summarized in this section and described in more detail below. The method is based on measuring a local frequency response within an acoustic environment that can be compared to a target frequency response to produce a difference frequency response. These frequency responses are analyzed to create a list of cutoff frequency ranges, which are frequency ranges where acoustic nulls are expected. Remaining frequency ranges are then analyzed to determine a target filter frequency, i.e. a frequency at which a filter can be used. When the filter is implemented, a filtered frequency response is provided that can be calculated based on the local frequency response in combination with the parameters of the implemented filter. Typically, the parameters of the implemented calibration filter can be chosen to reduce a difference between the filtered frequency response and the target filter frequency. After implementing a filter, the procedure can be repeated to implement any number of filters so that the difference between the filtered frequency response and the target frequency response is further reduced, accounting for acoustic nulls through cutoff frequency ranges.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun näher beschrieben.The method according to the invention will now be described in more detail.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein lokaler Frequenzgang erzeugt, indem ein Audiotestsignal an das Lautsprechersystem angelegt wird, um einen Audiotestton zu erzeugen, der an einer Hörposition aufgenommen wird, so dass ein aufgenommenes Testsignal bereitgestellt wird. Die Hörposition kann eine beliebige Position innerhalb der akustischen Umgebung sein, an der eine Korrektur des lokalen Frequenzgangs gewünscht wird. Basierend auf dem aufgenommenen Testsignal und dem Audiotestsignal kann ein lokaler Frequenzgang erzeugt werden, z. B. basierend auf einem Verhältnis oder einer Differenz zwischen dem aufgenommenen Testsignal und dem Audiotestsignal. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Schritt des Bereitstellens eines lokalen Frequenzgangs das Durchführen einer Vielzahl von Aufnahmen eines Audiotestsignals an einer entsprechenden Vielzahl von Hörpositionen umfassen. Der lokale Frequenzgang kann basierend auf einer Mittelung der Schalldruckpegel der Vielzahl von Aufnahmen ermittelt werden.In a preferred embodiment of the invention, a local frequency response is generated by applying an audio test signal to the loudspeaker system to generate an audio test tone that is recorded at a listening position, thereby providing a recorded test signal. The listening position may be any position within the acoustic environment where correction of the local frequency response is desired. Based on the recorded test signal and the audio test signal, a local frequency response may be generated, e.g. based on a ratio or difference between the recorded test signal and the audio test signal. According to an embodiment of the invention, the step of providing a local frequency response may comprise performing a plurality of recordings of an audio test signal at a corresponding plurality of listening positions. The local frequency response may be determined based on an averaging of the sound pressure levels of the plurality of recordings.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt der Bereitstellung eines Zielfrequenzgangs für den mindestens einen Lautsprecher in der akustischen Umgebung. Der Zielfrequenzgang kann als ein Frequenzgang verstanden werden, der von einem Zuhörer des Lautsprechersystems an einem bestimmten Ort innerhalb der akustischen Umgebung, d. h. an einer Hörposition innerhalb der akustischen Umgebung, gewünscht wird. Als ein Beispiel kann der Zielfrequenzgang ein flacher Frequenzgang oder ein nicht flacher Frequenzgang sein, basierend z. B. auf den Präferenzen des Zuhörers des Lautsprechersystems und/oder einem Genre oder Typ von Audioinhalt, der von dem Lautsprechersystem wiedergegeben werden soll. Als ein Beispiel kann ein gewünschter Frequenzgang für die Verstärkung niederfrequenter Töne zur Wiedergabe bestimmter Musikrichtungen wie Rap oder Hip-Hop voreingestellt sein. Alternativ kann der gewünschte Frequenzgang, d. h. der Zielfrequenzgang, für die Verstärkung mittlerer Frequenzen, wie beispielsweise Frequenzen im Bereich von 300 Hz bis 3 kHz, voreingestellt sein, um Audio umfassend hauptsächlich menschliche Stimmen, wie hauptsächlich in z.B. Radio- oder Fernsehsendungen vorkommend, wiederzugeben.The method further comprises a step of providing a target frequency response for the at least one loudspeaker in the acoustic environment. The target frequency response may be understood as a frequency response desired by a listener of the loudspeaker system at a particular location within the acoustic environment, i.e. at a listening position within the acoustic environment. As an example, the target frequency response may be a flat frequency response or a non-flat frequency response based, e.g., on the preferences of the listener of the loudspeaker system and/or a genre or type of audio content to be reproduced by the loudspeaker system. As an example, a desired frequency response may be preset for amplifying low frequency sounds for reproducing certain music genres such as rap or hip hop. Alternatively, the desired frequency response, i.e., the target frequency response, may be preset for amplifying mid-frequency sounds, such as frequencies in the range of 300 Hz to 3 kHz, to reproduce audio comprising mainly human voices, as mainly found in e.g., radio or television broadcasts.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zielfrequenzgang in das Lautsprechersystem vorprogrammiert oder dem Lautsprechersystem von einem Steuergerät, wie einem Smartphone, Computer oder Tablet, extern zugeführt. Als ein Beispiel kann ein Benutzer oder ein Hörer des Lautsprechersystems einen gewünschten Frequenzgang auf dem Steuergerät konfigurieren und den gewünschten Frequenzgang dem Lautsprechersystem als zur Verfügung gestellten Zielfrequenzgang übermitteln. Alternativ kann der Benutzer oder Hörer einen bereits vorprogrammierten Frequenzgang mit Hilfe des Steuergeräts auswählen, beispielsweise durch Eingabe einer Auswahl eines vorprogrammierten Frequenzgangs aus einer Liste vorprogrammierter Frequenzgänge. Nach der Auswahl oder Konfiguration des gewünschten Frequenzgangs wird der gewünschte Frequenzgang, z.B. drahtlos, an das Lautsprechersystem übertragen und vom Lautsprechersystem als Zielfrequenzgang verwendet.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is pre-programmed into the loudspeaker system or externally supplied to the loudspeaker system from a control device, such as a smartphone, computer or tablet. As an example, a user or listener of the loudspeaker system can configure a desired frequency response on the control device and select the desired frequency response to the loudspeaker system as a target frequency response. Alternatively, the user or listener can select a pre-programmed frequency response using the control unit, for example by entering a selection of a pre-programmed frequency response from a list of pre-programmed frequency responses. After selecting or configuring the desired frequency response, the desired frequency response is transmitted, e.g. wirelessly, to the loudspeaker system and used by the loudspeaker system as the target frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Zielfrequenzgang basierend auf dem lokalen Frequenzgang bestimmt werden, wobei der Zielfrequenzgang jedoch vom lokalen Frequenzgang unterschiedlich sein kann. Als ein Beispiel kann der Zielfrequenzgang einen flachen Frequenzgang darstellen, der auf einem Mittelwert des Schalldruckpegels des lokalen Frequenzgangs beruht.According to an embodiment of the invention, the target frequency response may be determined based on the local frequency response, but the target frequency response may be different from the local frequency response. As an example, the target frequency response may represent a flat frequency response based on an average of the sound pressure level of the local frequency response.

Basierend auf einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem lokalen Frequenzgang wird ein Differenzfrequenzgang erzeugt. Der Differenzfrequenzgang kann durch Subtraktion des lokalen Frequenzgangs vom Zielfrequenzgang oder alternativ (abhängig von einer bestimmten Implementierung des Verfahrens) durch eine Subtraktion des Zielfrequenzgangs vom lokalen Frequenzgang erzeugt werden. In diesem Sinne kann der Differenzfrequenzgang als eine Darstellung einer Differenz zwischen einem gemessenen Frequenzgang und einem gewünschten Frequenzgang, d. h. einem Zielfrequenzgang, betrachtet werden.Based on a difference between the target frequency response and the local frequency response, a difference frequency response is generated. The difference frequency response can be generated by subtracting the local frequency response from the target frequency response or alternatively (depending on a particular implementation of the method) by subtracting the target frequency response from the local frequency response. In this sense, the difference frequency response can be considered as a representation of a difference between a measured frequency response and a desired frequency response, i.e. a target frequency response.

Wenn der lokale Frequenzgang mit dem Zielfrequenzgang identisch ist, wird der Differenzfrequenzgang durch einen flachen Frequenzgang bei 0 dB dargestellt, was bedeutet, dass kein Unterschied zwischen dem lokalen Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang besteht. Ein Differenzfrequenzgang kann jedoch aufgrund von Interferenzeffekten in der akustischen Umgebung typischerweise eine Reihe von Unterschieden zwischen den beiden aufweisen, und diese Unterschiede können durch eine Reihe von Minima/Tälern unter 0 dB und/oder Maxima/Spitzen über 0 dB im Differenzfrequenzgang dargestellt werden. Als ein Beispiel kann ein Minimum von -10 dB bei einer bestimmten Frequenz im Differenzfrequenzgang anzeigen, dass der lokale Frequenzgang bei dieser bestimmten Frequenz einen Schalldruckpegel aufweist, der 10 dB unter dem Schalldruckpegel im Zielfrequenzgang liegt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird ein Minimum, das unter -9 dB im Differenzfrequenzgang liegt, als akustische Null bezeichnet.If the local frequency response is identical to the target frequency response, the difference frequency response is represented by a flat frequency response at 0 dB, meaning that there is no difference between the local frequency response and the target frequency response. However, a difference frequency response may typically have a number of differences between the two due to interference effects in the acoustic environment, and these differences may be represented by a series of minima/valleys below 0 dB and/or maxima/peaks above 0 dB in the difference frequency response. As an example, a minimum of -10 dB at a particular frequency in the difference frequency response may indicate that the local frequency response has a sound pressure level at that particular frequency that is 10 dB below the sound pressure level in the target frequency response. According to embodiments of the invention, a minimum that is below -9 dB in the difference frequency response is referred to as an acoustic null.

Das Verfahren basiert auf der Verwendung eines Ausschlusskriteriums. Das Ausschlusskriterium wird verwendet, um zu bestimmen, ob ein Frequenzbereich des Differenzfrequenzgangs als ein Frequenzbereich umfassend eine akustische Nullstelle betrachtet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ausschlusskriterium eine Schalldruckpegelschwelle. Diese Schwelle wird verwendet, um Frequenzbereiche, die bestimmte Minima/Täler des Differenzfrequenzgangs enthalten, von der weiteren Verarbeitung auszuschließen.The method is based on the use of an exclusion criterion. The exclusion criterion is used to determine whether a frequency range of the difference frequency response can be considered as a frequency range comprising an acoustic zero. In a preferred embodiment, the exclusion criterion is a sound pressure level threshold. This threshold is used to exclude frequency ranges containing certain minima/valleys of the difference frequency response from further processing.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Schalldruckpegelschwelle im Bereich von -20dB bis -2dB, beispielsweise im Bereich von -15dB bis -5dB, zum Beispiel -9dB. Ein Frequenzbereich des Differenzfrequenzgangs mit einem Minimum/Tal, dessen Schalldruckpegel negativ - 9dB überschreitet, wird in eine Liste von Ausschlussfrequenzbereichen aufgenommen. Frequenzbereiche, die in dieser Liste aufgeführt sind, können gemäß Ausführungsformen der Erfindung nicht bei der Implementierung von Filtern verwendet werden.According to an embodiment of the invention, the sound pressure level threshold is in the range from -20 dB to -2 dB, for example in the range from -15 dB to -5 dB, for example -9 dB. A frequency range of the difference frequency response with a minimum/valley whose sound pressure level exceeds negative -9 dB is included in a list of exclusion frequency ranges. Frequency ranges listed in this list cannot be used in the implementation of filters according to embodiments of the invention.

Die Ausdehnung/Breite eines solchen Ausschlussfrequenzbereichs kann zum Beispiel durch Nulldurchgänge des Schalldruckpegels des Differenzfrequenzgangs bestimmt werden. Unter einem Nulldurchgang ist eine Frequenz zu verstehen, bei der der Schalldruckpegel etwa 0 dB beträgt. Zum Beispiel kann sich ein Ausschlussfrequenzbereich von einer ersten Frequenz, bei der der Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs ungefähr 0 dB beträgt, bis zu einer zweiten Frequenz erstrecken, bei der der Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs ungefähr, nicht eingeschlossen zusätzliche Nulldurchgänge, 0 dB beträgt, und ein Schalldruckpegelminimum unter einer Schalldruckpegelschwelle, beispielsweise unter -9 dB, umfasst. Andere Methoden zur Begrenzung der Ausschlussfrequenzbereiche können angewandt werden, z. B. durch feste Frequenzbänder, durch steile Flanken, durch benutzerdefinierte Bereiche usw.The extent/width of such an exclusion frequency range can be determined, for example, by zero crossings of the sound pressure level of the difference frequency response. A zero crossing is a frequency at which the sound pressure level is approximately 0 dB. For example, an exclusion frequency range can extend from a first frequency at which the sound pressure level of the difference frequency response is approximately 0 dB to a second frequency at which the sound pressure level of the difference frequency response is approximately 0 dB, not including additional zero crossings, and includes a sound pressure level minimum below a sound pressure level threshold, for example below -9 dB. Other methods for limiting the exclusion frequency ranges can be used, e.g. by fixed frequency bands, by steep slopes, by user-defined ranges, etc.

Das Verfahren umfasst ferner die Identifizierung eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren das Sortieren aller Frequenzbereiche zwischen benachbarten Nulldurchgängen des Schalldruckpegels des Differenzfrequenzgangs in Filterfrequenzbereiche und Ausschlussfrequenzbereiche, so dass jeder Frequenzbereich, der mit einem Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs unterhalb einer Schalldruckpegelschwelle verbunden ist, zu einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen hinzugefügt wird, während die übrigen Frequenzbereiche zu einer Liste von Filterfrequenzbereichen hinzugefügt werden. Die Frequenzbereiche, die in der Liste der Filterfrequenzbereiche erscheinen, stellt Frequenzbereiche dar, auf denen die Anwendung von Filtern basieren kann. Die Schritte zur Identifizierung von Filterfrequenzbereichen und Ausschlussfrequenzbereichen können vorzugsweise innerhalb eines vordefinierten Frequenzintervalls durchgeführt werden, z. B. dem typischen Audiobereich von 20 Hz bis 20 kHz oder einem engeren Bereich von besonderem Interesse, z. B. zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit im Bereich von 300 Hz bis 3 kHz, oder z. B. einem Bereich, in dem die Vorteile der Kalibrierung besonders ausgeprägt sind, z. B. von 10 Hz bis 300 Hz, beispielsweise von 20 Hz bis 200 Hz, zum Beispiel innerhalb eines vordefinierten Frequenzintervalls von 20 Hz bis 150 Hz. Die untere und obere Grenze dieser Frequenzintervalle können als Frequenzgrenzen des Kalibrierverfahrens bezeichnet werden.The method further comprises identifying one or more filter frequency ranges. In a preferred embodiment of the invention, the method comprises sorting all frequency ranges between adjacent zero crossings of the sound pressure level of the difference frequency response into filter frequency ranges and exclusion frequency ranges such that each frequency range associated with a sound pressure level of the difference frequency response below a sound pressure level threshold is added to a list of exclusion frequency ranges, while the remaining frequency ranges are added to a list of filter frequency ranges. The frequency ranges appearing in the list of filter frequency ranges represent frequency ranges on which the application of filters can be based. The steps for identifying filter frequency ranges The calibration of the exclusion and exclusion frequency ranges may preferably be carried out within a predefined frequency interval, e.g. the typical audio range from 20 Hz to 20 kHz or a narrower range of particular interest, e.g. to improve speech intelligibility in the range from 300 Hz to 3 kHz, or e.g. a range where the benefits of calibration are particularly pronounced, e.g. from 10 Hz to 300 Hz, for example from 20 Hz to 200 Hz, for example within a predefined frequency interval from 20 Hz to 150 Hz. The lower and upper limits of these frequency intervals may be referred to as the frequency limits of the calibration procedure.

Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, eine Zielfilterfrequenz auszuwählen, bei der ein Kalibrierungsfilter im Equalizer implementiert werden soll. Eine Kalibrierung kann auch als parametrisches Equalizerfilter bezeichnet werden. Ein Kalibrierungsfilter kann vorzugsweise ein digitales Biquad-Filter sein, ist aber nicht notwendigerweise auf dieses Beispiel beschränkt, und andere dem Fachmann bekannte Filtertypen können ebenfalls implementiert werden. Ein digitales Biquad-Filter kann als eine Art rekursives lineares Filter zweiter Ordnung verstanden werden, das eine Übertragungsfunktion in einem Frequenzbereich hat, dass ein Verhältnis zweier quadratischer Funktionen ist. Ein digitales Biquad-Filter ist eine Art Filter mit unendlicher Impulsantwort. Es ist typischerweise durch Parameter wie Verstärkung, Filterfrequenz und Filtergütefaktor charakterisiert. Die Verstärkung kann die Änderung des Schalldruckpegels beschreiben, die das Filter bei der Filterfrequenz ausübt. Eine Verstärkung kann entweder positiv, z. B. 5 dB, oder negativ, z. B. -5 dB, sein, und ein Kalibrierungsfilter kann daher verwendet werden, um einen Bereich von Frequenzen, z. B. einen Filterfrequenzbereich, entweder zu verstärken oder abzuschwächen. Der Filtergütefaktor kann die Breite des Frequenzintervalls um Filterfrequenz beschreiben, die durch die Implementierung des Filters beeinflusst werden. Ein Kalibrierungsfilter kann also eng sein und nur einen relativ engen Bereich von Frequenzen beeinflussen, während ein anderes Kalibrierungsfilter breit sein und einen relativ breiten Bereich von Frequenzen beeinflussen kann, was durch den Filtergütefaktor parametrisiert wird. Der Filtergütefaktor steht also im Zusammenhang mit der Bandbreite des Filters.The next step of the method according to the invention is to select a target filter frequency at which a calibration filter is to be implemented in the equalizer. A calibration can also be called a parametric equalizer filter. A calibration filter can preferably be a digital biquad filter, but is not necessarily limited to this example, and other types of filters known to those skilled in the art can also be implemented. A digital biquad filter can be understood as a type of second-order recursive linear filter that has a transfer function in a frequency range that is a ratio of two quadratic functions. A digital biquad filter is a type of infinite impulse response filter. It is typically characterized by parameters such as gain, filter frequency and filter quality factor. The gain can describe the change in sound pressure level that the filter exerts at the filter frequency. A gain can be either positive, e.g. 5 dB, or negative, e.g. -5 dB, and a calibration filter can therefore be used to cover a range of frequencies, e.g. B. a filter frequency range, to either amplify or attenuate. The filter quality factor can describe the width of the frequency interval around the filter frequency that is affected by the implementation of the filter. So one calibration filter can be narrow and only affect a relatively narrow range of frequencies, while another calibration filter can be wide and affect a relatively wide range of frequencies, which is parameterized by the filter quality factor. The filter quality factor is therefore related to the bandwidth of the filter.

Die Zielfilterfrequenz wird aus einem bestimmten Filterfrequenzbereich ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Zielfilterfrequenz basierend auf dem Schalldruckpegel ausgewählt, d. h. die Frequenz innerhalb der Filterfrequenzbereiche, bei der der größte absolute Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs vorliegt, wird als Zielfilterfrequenz ausgewählt. In anderen Ausführungsformen kann die Auswahl einer Zielfilterfrequenz auf einer Integration des Schalldruckpegels innerhalb der verschiedenen Filterfrequenzbereiche beruhen, z. B. wird eine Zielfilterfrequenz aus dem Filterfrequenzbereich ausgewählt, der den größten absoluten integrierten Schalldruckpegel aufweist.The target filter frequency is selected from a specific filter frequency range. In a preferred embodiment, a target filter frequency is selected based on the sound pressure level, i.e. the frequency within the filter frequency ranges at which the greatest absolute sound pressure level of the difference frequency response is present is selected as the target filter frequency. In other embodiments, the selection of a target filter frequency may be based on an integration of the sound pressure level within the various filter frequency ranges, e.g. a target filter frequency is selected from the filter frequency range having the greatest absolute integrated sound pressure level.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kalibrierungsfilter dann bei der Zielfilterfrequenz implementiert werden, d.h. die Filterfrequenz des Kalibrierungsfilters kann die Zielfilterfrequenz sein.According to the present invention, the calibration filter can then be implemented at the target filter frequency, i.e. the filter frequency of the calibration filter can be the target filter frequency.

Die Implementierung eines Kalibrierungsfilters sorgt für einen gefilterten Frequenzgang. Der gefilterte Frequenzgang ist somit der resultierende Frequenzgang nach der Implementierung eines oder mehrerer Filter. Die Parameter der implementierten Filter werden gewählt, um eine Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang zu verringern. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird beispielsweise die Verstärkung so gewählt, dass der gefilterte Frequenzgang ungefähr gleich dem Zielfrequenzgang bei der Filterfrequenz ist.The implementation of a calibration filter provides a filtered frequency response. The filtered frequency response is thus the resulting frequency response after the implementation of one or more filters. The parameters of the implemented filters are chosen to reduce a difference between the filtered frequency response and the target frequency response. For example, in some preferred embodiments, the gain is chosen such that the filtered frequency response is approximately equal to the target frequency response at the filter frequency.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Filtergütefaktor so gewählt, dass die Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang innerhalb des mit der Zielfilterfrequenz zusammenhängenden Filterfrequenzbereichs minimiert wird. Diese Auswahl kann basierend auf einem Anpassungsverfahren erfolgen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Filtergütefaktor basierend auf einem integrierten Schalldruckpegel innerhalb des mit der Zielfilterfrequenz zusammenhängenden Filterfrequenzbereichs ausgewählt werden. In noch weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann ein Filtergütefaktor basierend auf einer vollen Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Differenzfrequenzgangs bei der Zielfilterfrequenz ausgewählt werden. Die Auswahl des Filtergütefaktors basierend auf einem FWHM-Wert (Full Width at Half Maximum) des Differenzfrequenzgangs bei der Zielfilterfrequenz kann insofern vorteilhaft sein, als der FWHM-Wert ein repräsentatives Maß für die Breite des Peaks/Tals bei der Zielfilterfrequenz und damit ein geeignetes Maß für die Bestimmung der Breite des anzuwendenden Filters, d. h. des Filtergütefaktors, ist.In one embodiment of the invention, the filter quality factor is selected such that the difference between the filtered frequency response and the target frequency response is minimized within the filter frequency range associated with the target filter frequency. This selection may be made based on an adaptation method. In other embodiments of the invention, a filter quality factor may be selected based on an integrated sound pressure level within the filter frequency range associated with the target filter frequency. In still further embodiments of the invention, a filter quality factor may be selected based on a full width at half maximum (FWHM) of the difference frequency response at the target filter frequency. The selection of the filter quality factor based on a FWHM value (Full Width at Half Maximum) of the difference frequency response at the target filter frequency may be advantageous in that the FWHM value is a representative measure of the width of the peak/valley at the target filter frequency and thus a suitable measure for determining the width of the filter to be applied, i.e. the filter quality factor.

Wenn Filterparameter ausgewählt sind, kann das Filter in den Equalizer des Lautsprechersystems implementiert werden. Das Lautsprechersystem kann dann bereit sein, ein Eingangsaudiosignal zu empfangen, das durch das implementierte Kalibrierungsfilter gefiltert werden kann, um ein gefiltertes Audiosignal bereitzustellen. Das gefilterte Audiosignal kann dann vom Lautsprechersystem als Schall ausgegeben werden, und in Bereichen der akustischen Umgebung kann der Schall weniger verzerrt sein, als wenn kein Filter implementiert worden wäre.When filter parameters are selected, the filter can be implemented in the equalizer of the loudspeaker system. The loudspeaker system can then be ready to receive an input audio signal, which can be filtered by the implemented calibration filter to provide a filtered audio signal. The filtered audio signal can then be output from the loudspeaker system as sound, and in areas of acoustic In this environment, the sound may be less distorted than if no filter had been implemented.

Anstatt nur ein Filter gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zu implementieren, können alle Schritte zur Implementierung eines Filters beliebig oft wiederholt werden, um eine beliebige Anzahl von Filtern zu implementieren. Es gibt im Prinzip keine Einschränkungen, welche Schritte des Verfahrens wiederholt werden müssen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen nach dem Erhalt eines gefilterten Frequenzgangs dieser gefilterte Frequenzgang als ein neuer Differenzfrequenzgang verwendet werden, und basierend auf diesem neuen Differenzfrequenzgang eine neue Zielfilterfrequenz ausgewählt werden, bei der ein neues Filter implementiert werden kann. In einigen dieser Ausführungsformen kann die Liste der Ausschlussfrequenzbereiche nach der Implementierung eines Kalibrierungsfilters aktualisiert werden, während in anderen Ausführungsformen die Liste der Ausschlussfrequenzbereiche nicht aktualisiert wird.Instead of implementing only one filter according to the present inventive method, all steps for implementing a filter can be repeated any number of times to implement any number of filters. There are in principle no restrictions on which steps of the method have to be repeated. For example, in some embodiments, after obtaining a filtered frequency response, this filtered frequency response can be used as a new difference frequency response, and based on this new difference frequency response, a new target filter frequency can be selected at which a new filter can be implemented. In some of these embodiments, the list of exclusion frequency ranges can be updated after implementing a calibration filter, while in other embodiments the list of exclusion frequency ranges is not updated.

Ausführungsformen der Erfindung können die Implementierung einer beliebigen Anzahl von Filtern umfassen, zum Beispiel zwischen 5 und 20 Filtern, oder sogar mehr Filter, beispielsweise zwischen 5 und 100 Filtern, zum Beispiel 25 Filter oder 75 Filter. Die Anzahl der Filter, die angewendet werden können, hängt von der Anzahl der verfügbaren Bänder im Equalizer und dem zu filternden Audiosignal ab. Jedes Mal, wenn ein Filter implementiert wird, kann sich der gefilterte Frequenzgang weiter an die Zielfilterfrequenz annähern, wobei akustische Nullen ausdrücklich nicht berücksichtigt werden, da diese mit Ausschlussfrequenzbereichen zusammenhängen. Idealerweise ist das Verfahren gemäß der Erfindung dann in der Lage, z.B. Interferenzeffekte in einer akustischen Umgebung zu kompensieren, ohne dabei einen Lautsprecher zu beschädigen, z.B. einen Lautsprecher zu übersteuern oder durch einen großen Druckausgleich bei der Frequenz einer akustischen Null Energie zu verschwenden.Embodiments of the invention may comprise the implementation of any number of filters, for example between 5 and 20 filters, or even more filters, for example between 5 and 100 filters, for example 25 filters or 75 filters. The number of filters that can be applied depends on the number of available bands in the equalizer and the audio signal to be filtered. Each time a filter is implemented, the filtered frequency response may approach the target filter frequency further, explicitly disregarding acoustic nulls as these are related to cutoff frequency ranges. Ideally, the method according to the invention is then able to compensate for e.g. interference effects in an acoustic environment without damaging a loudspeaker, e.g. overdriving a loudspeaker or wasting energy through a large pressure compensation at the frequency of an acoustic null.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems in einer akustischen Umgebung bereitgestellt. Durch die Durchführung einer Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Frequenzgang der akustischen Umgebung realisiert, der einem gewünschten Zielfrequenzgang so nahe wie möglich kommt. Darüber hinaus wird durch den Ausschluss bestimmter Frequenzbereiche, die Minima mit Schalldruckpegeln unterhalb eines Schwellenschalldruckpegels aufweisen, vermieden, dass Filter eingesetzt werden, um zu versuchen diese Minima zu kompensieren. Dies ist besonders vorteilhaft, da diese Minima, oder akustischen Nullen, schwierig zu kompensieren sein können, ohne den Lautsprecher des Lautsprechersystems zu übersteuern, und/oder die Energie, die für einen erfolglosen Kompensationsversuch verwendet wird, würde einfach verschwendet. Auf diese Weise wird ein Verfahren zur Kompensation von Interferenzeffekten erhalten, während gleichzeitig der/die Lautsprecher des Lautsprechersystems vor Übersteuerung geschützt werden. Ein weiterer Effekt ist, dass der Stromverbrauch des Lautsprechersystems reduziert werden kann, da keine elektrische Energie bei Versuchen verschwendet wird, akustische Nullen zu kompensieren, die ohnehin nicht sinnvoll kompensiert werden können.According to the invention, a method is provided for calibrating a loudspeaker system in an acoustic environment. By performing a calibration according to the present invention, a frequency response of the acoustic environment is realized which is as close as possible to a desired target frequency response. Furthermore, by excluding certain frequency ranges which have minima with sound pressure levels below a threshold sound pressure level, it is avoided that filters are used to try to compensate for these minima. This is particularly advantageous because these minima, or acoustic nulls, can be difficult to compensate for without overloading the loudspeaker of the loudspeaker system, and/or the energy used for an unsuccessful compensation attempt would simply be wasted. In this way, a method is obtained for compensating for interference effects, while at the same time protecting the loudspeaker(s) of the loudspeaker system from overloading. A further effect is that the power consumption of the loudspeaker system can be reduced, since no electrical energy is wasted in attempts to compensate for acoustic nulls that cannot be meaningfully compensated anyway.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Aufnehmens des Audiotestschalls an einer Hörposition in der akustischen Umgebung das Aufnehmen des Audiotestschalls unter Verwendung einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung umfassend ein Mikrofon.According to an embodiment of the invention, the step of recording the audio test sound at a listening position in the acoustic environment comprises recording the audio test sound using an electronic processing device comprising a microphone.

Unter einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung umfassend ein Mikrofon, ist eine beliebige elektronische Vorrichtung zu verstehen, die eingerichtet ist, akustischen Schall, beispielsweise ein Audiotestsignal, aufzuzeichnen und irgendeine Art von Signalverarbeitung auf den aufgenommenen akustischen Schall, beispielsweise des aufgenommenen Audiotestsignals, durchzuführen. Die elektronische Verarbeitungsvorrichtung kann ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop oder irgendein anderes geeignetes tragbares elektronisches Gerät umfassend ein Mikrofon und einem Prozessor sein. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektronische Verarbeitungsvorrichtung den Audiosignalprozessor.An electronic processing device comprising a microphone is understood to mean any electronic device that is configured to record acoustic sound, for example an audio test signal, and to perform some type of signal processing on the recorded acoustic sound, for example the recorded audio test signal. The electronic processing device can be a smartphone, a tablet, a laptop or any other suitable portable electronic device comprising a microphone and a processor. In one embodiment of the invention, the electronic processing device comprises the audio signal processor.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Zielfrequenzgang auf dem lokalen Frequenzgang.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is based on the local frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Zielfrequenzgang ein Mittelwert des lokalen Frequenzgangs.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is an average of the local frequency response.

Der Zielfrequenzgang kann basierend auf dem lokalen Frequenzgang bereitgestellt werden. Als ein Beispiel kann der Zielfrequenzgang in einem Frequenzintervall der mittlere Schalldruckpegel des lokalen Frequenzgangs in diesem Frequenzintervall sein, so dass der Zielfrequenzgang eine von den Frequenzen innerhalb des Frequenzintervalls unabhängige Konstante ist.The target frequency response may be provided based on the local frequency response. As an example, the target frequency response in a frequency interval may be the average sound pressure level of the local frequency response in that frequency interval, such that the target frequency response is a constant independent of the frequencies within the frequency interval.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Zielfrequenzgang auf einem vorgegebenen Frequenzgang.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is based on a predetermined frequency response.

Der Zielfrequenzgang kann auf einem vorbestimmten Frequenzgang basieren, der in einem Speicher, der kommunikativ mit dem Audiosignalprozessor verbunden ist, gespeichert ist.The target frequency response may be based on a predetermined frequency response stored in a memory communicatively coupled to the audio signal processor.

Ausführungsformen der Erfindung können mehrere vorbestimmte Frequenzgänge gespeichert haben. Dies kann zum Beispiel für verschiedene Kalibrierungszwecke sein, zum Beispiel für verschiedene Arten von akustischen Umgebungen, zum Beispiel eine Küche, ein Wohnzimmer, einen Flur oder ein Badezimmer. Alternativ kann es für verschiedene Arten von Kalibrierungen sein, zum Beispiel Kalibrierungen, die sich auf bestimmte Frequenzintervalle konzentrieren, zum Beispiel Kalibrierungen, die Bassfrequenzen, Mitteltonfrequenzen oder Höhenfrequenzen verbessern können.Embodiments of the invention may have several predetermined frequency responses stored. This may be for different calibration purposes, for example for different types of acoustic environments, for example a kitchen, a living room, a hallway or a bathroom. Alternatively, it may be for different types of calibrations, for example calibrations that focus on certain frequency intervals, for example calibrations that may enhance bass frequencies, midrange frequencies or treble frequencies.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zielfrequenzgang von einem Benutzer des Lautsprechersystems definiert.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is defined by a user of the loudspeaker system.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Benutzer den Zielfrequenzgang festlegen, z. B. direkt über das Lautsprechersystem oder über ein Gerät wie ein Smartphone, einen Computer oder ein Tablet. Es kann vorteilhaft sein, dem Benutzer zu erlauben, den Zielfrequenzgang anzupassen, um ein adaptives Kalibrierungsverfahren mit einem hohen Maß an Kontrolle zu gewährleisten.In some embodiments of the invention, a user may set the target frequency response, e.g. directly via the speaker system or via a device such as a smartphone, computer or tablet. It may be advantageous to allow the user to adjust the target frequency response to ensure an adaptive calibration process with a high degree of control.

Der Zielfrequenzgang muss nicht über das gesamte Frequenzintervall konstant sein. Zum Beispiel kann er basierend auf einer Berechnung des mittleren Schalldruckpegels des lokalen Frequenzgangs in Kombination mit einem vorprogrammierten Frequenzgang bestimmt werden. Mit anderen Worten: Der Zielfrequenzgang kann einen vorprogrammierten Frequenzgang darstellen, der durch den berechneten Mittelwert des Schalldruckpegels des lokalen Frequenzgangs moduliert wird. Ein vorprogrammierter Frequenzgang, z. B. eine voreingestellte Equalizer-Einstellung, kann irgendeine Equalizer-Einstellung aus den folgenden umfassen: Acoustic, Bass Booster, Bass Reducer, Classical, Dance, Electronic, Hip-Hop, Jazz, Piano, Pop, R&B, Rock und Vocal Booster. Die obige Liste der Equalizer-Einstellungen ist nicht erschöpfend, und andere Einstellungen, die für andere Arten von Audioinhalten geeignet sind, sind denkbar.The target frequency response does not have to be constant over the entire frequency interval. For example, it may be determined based on a calculation of the average sound pressure level of the local frequency response in combination with a pre-programmed frequency response. In other words, the target frequency response may represent a pre-programmed frequency response modulated by the calculated average sound pressure level of the local frequency response. A pre-programmed frequency response, e.g. a preset equalizer setting, may include any equalizer setting from the following: Acoustic, Bass Booster, Bass Reducer, Classical, Dance, Electronic, Hip-Hop, Jazz, Piano, Pop, R&B, Rock and Vocal Booster. The above list of equalizer settings is not exhaustive, and other settings suitable for other types of audio content are conceivable.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zielfrequenzgang bereitgestellt, indem zuerst eine voreingestellte Equalizer-Einstellung, die durch ihren eigenen vorprogrammierten Frequenzgang gekennzeichnet ist, angewendet wird und anschließend dieser Frequenzgang auf der Basis des lokalen Frequenzgangs moduliert wird. Als ein Beispiel kann der vorprogrammierte Frequenzgang im Schalldruckpegel entsprechend einem mittleren Schalldruckpegel des lokalen Frequenzgangs verschoben werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird auf der Basis des lokalen Frequenzgangs ein vorläufiger Zielfrequenzgang erzeugt, beispielsweise ein Mittelwert des lokalen Frequenzgangs. Dieser vorläufige Zielfrequenzgang wird dann durch den vorprogrammierten Frequenzgang moduliert, wie den in der obigen Liste der voreingestellten Equalizer-Einstellungen erläuterten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt der Bereitstellung eines Zielfrequenzgangs in einem kombinierten Berechnungsschritt durchgeführt, bei dem sowohl ein lokaler Frequenzgang als auch ein vorprogrammierter Frequenzgang berücksichtigt werden.In one embodiment of the invention, the target frequency response is provided by first applying a preset equalizer setting characterized by its own pre-programmed frequency response and then modulating this frequency response based on the local frequency response. As an example, the pre-programmed frequency response may be shifted in sound pressure level according to an average sound pressure level of the local frequency response. In another embodiment of the invention, a preliminary target frequency response is generated based on the local frequency response, for example an average of the local frequency response. This preliminary target frequency response is then modulated by the pre-programmed frequency response, such as that explained in the list of preset equalizer settings above. In another embodiment of the invention, the step of providing a target frequency response is performed in a combined calculation step taking into account both a local frequency response and a pre-programmed frequency response.

Es kann vorteilhaft sein, den mittleren Schalldruckpegel eines Zielfrequenzgangs auf der Basis des mittleren Schalldruckpegels eines lokalen Frequenzgangs zu bestimmen. Der mittlere Schalldruckpegel eines lokalen Frequenzganges in einem großen Raum kann sich von dem mittleren Schalldruckpegel eines lokalen Frequenzganges in einem kleinen Raum unterscheiden. Um solchen Unterschieden Rechnung zu tragen, können der lokale Frequenzgang und/oder der Zielfrequenzgang in Bezug auf den absoluten Pegel angepasst werden, so dass eine Subtraktion des einen Frequenzgangs vom anderen in einem sinnvollen Differenzfrequenzgang resultiert.It may be advantageous to determine the average sound pressure level of a target frequency response based on the average sound pressure level of a local frequency response. The average sound pressure level of a local frequency response in a large room may differ from the average sound pressure level of a local frequency response in a small room. To account for such differences, the local frequency response and/or the target frequency response can be adjusted in terms of absolute level so that subtracting one frequency response from the other results in a meaningful difference frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Zielfrequenzgang auf einer Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is based on a recording of an auxiliary audio test tone.

Unter einem Hilfsaudiotestton kann jeder von dem Lautsprechersystem erzeugte akustische Schall verstanden werden.An auxiliary audio test tone can be understood as any acoustic sound generated by the loudspeaker system.

Die Aufnahme kann an irgendeiner Aufnahmeposition innerhalb der akustischen Umgebung erfolgen. Die Aufnahme kann verwendet werden, um einen Frequenzgang der Aufnahmeposition zu ermitteln. Die Aufnahmepositionen können sich z. B. vor mindestens einen Lautsprecher oder weit entfernt von dem mindestens einen Lautsprecher befinden, z. B. an irgendeinem Ort innerhalb der akustischen Umgebung. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vielzahl von Aufnahmen an einer Vielzahl von Aufnahmepositionen innerhalb der akustischen Umgebung durchgeführt.The recording can be made at any recording position within the acoustic environment. The recording can be used to determine a frequency response of the recording position. The recording positions can be located, for example, in front of at least one loudspeaker or far away from the at least one loudspeaker, e.g. at any location within the acoustic environment. In one embodiment of the invention, a plurality of recordings are made at a plurality of recording positions within the acoustic environment.

Der Zielfrequenzgang kann auf einer Mittelung von Schalldruckpegeln von Aufnahmen des Hilfsaudiotesttons basieren. Für einer einzelne Aufnahme kann der Zielfrequenzgang auf einer Mittelung der Schalldruckpegel der einzelnen Aufnahme basieren. Für mehr als eine Aufnahme des Hilfsaudiotesttons kann der Zielfrequenzgang auf einer Vielzahl von Mittelungen von Schalldruckpegeln basieren, wobei jede Schalldruckpegel-Mittelung einer bestimmten Aufnahme des Hilfsaudiotesttons an einer bestimmten Aufnahmeposition zugeordnet ist.The target frequency response may be based on an average of sound pressure levels of recordings of the auxiliary audio test tone. For a single recording, the target frequency response may be based on an average of the sound pressure levels of the single recording. For more than one recording of the auxiliary audio test tone, the target frequency response may be based on a plurality of averages of sound pressure levels, each sound pressure level average associated with a particular recording of the auxiliary audio test tone at a particular recording position.

Basierend auf Aufnahmen eines Audiotesttons kann der Zielfrequenzgang erzeugt werden. Der lokale Frequenzgang kann ferner bei der Erzeugung des Zielfrequenzgangs verwendet werden, z. B. um den mittleren Schalldruckpegel des Zielfrequenzgangs an die Schalldruckpegel des lokalen Frequenzgangs anzupassen.Based on recordings of an audio test tone, the target frequency response can be generated. The local frequency response can further be used in generating the target frequency response, e.g. to match the average sound pressure level of the target frequency response to the sound pressure levels of the local frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons um eine Nahbereichsmessung. So kann der Zielfrequenzgang durch eine Nahbereichsmessung, d.h. eine Messung in unmittelbarer Nähe des mindestens einen Lautsprechers, ermittelt werden. Eine Nahbereichsmessung kann durchgeführt werden, indem der Lautsprecher weit von akustischen Hindernissen der akustischen Umgebung, z. B. Wänden eines Raumes, platziert wird und das Mikrofon in unmittelbarer Nähe des Lautsprechers oder insbesondere in unmittelbarer Nähe eines Tieftöners des Lautsprechers platziert wird. Unter unmittelbarer Nähe kann ein Abstand von 0 bis 50 Zentimetern, beispielsweise von 1 bis 30 Zentimetern, beispielsweise von 5 bis 20 Zentimetern, zum Beispiel von 5 bis 15 Zentimetern, verstanden werden. Auf diese Weise hat die direkte Schallwelle, die aus dem Lautsprecher, z. B. dem Tieftöner des Lautsprechers, kommt, immer einen viel höheren Schalldruckpegel als Schallwellen, die von Reflexionen in der akustischen Umgebung, z. B. Reflektionen von Wänden eines Raumes, zum Mikrofon kommen. Die so gewonnene Aufnahme ist somit repräsentativ für eine reflexionsfreie Messung des Lautsprechers. Diese Nahbereichsmessung kann somit direkt als Zielfrequenzgang dienen. Darüber hinaus kann der Hilfsaudiotestton auch der Audiotestton sein.According to one embodiment of the invention, the recording of an auxiliary audio test tone is a close-range measurement. Thus, the target frequency response can be determined by a close-range measurement, i.e. a measurement in the immediate vicinity of the at least one loudspeaker. A close-range measurement can be carried out by placing the loudspeaker far from acoustic obstacles in the acoustic environment, e.g. walls of a room, and placing the microphone in the immediate vicinity of the loudspeaker or in particular in the immediate vicinity of a woofer of the loudspeaker. Close proximity can be understood to mean a distance of 0 to 50 centimeters, for example from 1 to 30 centimeters, for example from 5 to 20 centimeters, for example from 5 to 15 centimeters. In this way, the direct sound wave coming from the loudspeaker, e.g. the woofer of the loudspeaker, always has a much higher sound pressure level than sound waves coming to the microphone from reflections in the acoustic environment, e.g. reflections from walls of a room. The recording obtained in this way is representative of a reflection-free measurement of the loudspeaker. This close-range measurement can therefore serve directly as the target frequency response. In addition, the auxiliary audio test tone can also be the audio test tone.

Ein Zielfrequenzgang, basierend auf mindestens einer Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons vor einem Lautsprecher, kann vorteilhaft sein, da er bis zu einem gewissen Grad einen Frequenzgang eines Lautsprechers isoliert. Ein Zielfrequenzgang kann dann einen Frequenzgang eines Lautsprechers enthalten, und folglich wird das Verfahren die Kalibrierung in erster Linie durchführen, um Verzerrungen der akustischen Umgebung zu korrigieren, nicht Verzerrungen des Lautsprechers.A target frequency response based on at least one recording of an auxiliary audio test tone in front of a loudspeaker may be advantageous because it isolates a frequency response of a loudspeaker to some extent. A target frequency response may then include a frequency response of a loudspeaker and consequently the method will perform calibration primarily to correct distortions of the acoustic environment, not distortions of the loudspeaker.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird eine Nahbereichsmessung durchgeführt, um einen vorläufigen Zielfrequenzgang zu erzeugen. Anschließend wird ein lokaler Frequenzgang erstellt und ein Offset zwischen dem vorläufigen Zielfrequenzgang und dem lokalen Frequenzgang bestimmt. Schließlich wird der Zielfrequenzgang basierend auf dem vorgegebenen Frequenzgang und dem Offset erzeugt. Hierdurch wird erreicht, dass der lokale Frequenzgang und der Zielfrequenzgang bei ähnlichen generellen Schalldruckpegeln liegen und somit ein sinnvoller Differenzfrequenzgang durch Subtraktion der beiden erhalten werden kann.According to embodiments of the invention, a short-range measurement is carried out to generate a preliminary target frequency response. A local frequency response is then created and an offset between the preliminary target frequency response and the local frequency response is determined. Finally, the target frequency response is generated based on the predetermined frequency response and the offset. This ensures that the local frequency response and the target frequency response are at similar general sound pressure levels and thus a meaningful difference frequency response can be obtained by subtracting the two.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert der Zielfrequenzgang auf einer Vielzahl von Aufnahmen des Hilfsaudiotesttons.According to one embodiment of the invention, the target frequency response is based on a plurality of recordings of the auxiliary audio test tone.

Der Zielfrequenzgang kann auf einer Vielzahl von Aufnahmen eines von dem Lautsprechersystem erzeugten Hilfsaudiotesttons basieren. Die Vielzahl von Aufnahmen kann an einer Vielzahl von Aufnahmepositionen innerhalb der akustischen Umgebung durchgeführt werden. Ein Zweck der Durchführung einer Vielzahl von Aufnahmen eines Hilfsaudiotesttons kann sein, einen allgemeinen Eindruck von der Akustik der akustischen Umgebung zu gewinnen. Beispielsweise kann eine akustische Umgebung eine oder mehrere akustische Nullen aufweisen, und durch die Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons an einer Vielzahl von Aufnahmepositionen innerhalb der akustischen Umgebung kann verhindert werden, dass ein Zielfrequenzgang auf Basis einer akustischen Null festgelegt wird, wodurch der Zielfrequenzgang zu niedrige Schalldruckpegel enthalten würde. Durch die Aufnahme an mehreren Aufnahmepositionen können somit ausgeprägte Schwankungen im Frequenzgang der akustischen Umgebung, z. B. durch akustische Nullen, wirksam geglättet werden. Die Aufnahmen des Hilfsaudiotesttons können von der elektronischen Verarbeitungsvorrichtung umfassend ein Mikrofon durchgeführt werden. Somit kann ein Benutzer des Lautsprechersystems während der Kalibrierung des Lautsprechersystems unter Verwendung der elektronischen Verarbeitungsvorrichtung sowohl Aufnahmen eines Hilfsaudiotesttons als auch eine Aufnahme eines Audiotesttons durchführen. Dieser Aufnahmevorgang kann es erforderlich machen, dass der Benutzer sich an verschiedenen Aufnahmepositionen in der akustischen Umgebung positioniert. Es kann ferner vorteilhaft sein, den Zielfrequenzgang basierend auf mehreren Aufnahmen zu erstellen, die an verschiedenen Aufnahmepositionen innerhalb der akustischen Umgebung aufgenommen wurden, da dies die Auswirkungen von verrauschten Messungen, z. B. Messungen, bei denen andere Geräusche von unerwünschten Schallquellen vorhanden sind, verringern kann.The target frequency response may be based on a plurality of recordings of an auxiliary audio test tone generated by the loudspeaker system. The plurality of recordings may be performed at a plurality of recording positions within the acoustic environment. One purpose of performing a plurality of recordings of an auxiliary audio test tone may be to gain a general impression of the acoustics of the acoustic environment. For example, an acoustic environment may have one or more acoustic nulls, and by recording an auxiliary audio test tone at a plurality of recording positions within the acoustic environment, it may be prevented that a target frequency response is set based on an acoustic null, whereby the target frequency response would contain sound pressure levels that are too low. By recording at multiple recording positions, pronounced fluctuations in the frequency response of the acoustic environment, e.g. due to acoustic nulls, can thus be effectively smoothed out. The recordings of the auxiliary audio test tone may be performed by the electronic processing device comprising a microphone. Thus, during calibration of the loudspeaker system using the electronic processing device, a user of the loudspeaker system may perform both auxiliary audio test tone recordings and audio test tone recordings. This recording process may require the user to position themselves at various recording positions within the acoustic environment. It may further be advantageous to establish the target frequency response based on multiple recordings taken at various recording positions within the acoustic environment, as this may reduce the impact of noisy measurements, e.g. measurements where other noise from unwanted sound sources is present.

Der Zielfrequenzgang kann auch durch eine Kombination aus einem vorprogrammierten/bestimmten Frequenzgang, wie oben beschrieben, und einer oder mehreren Aufnahmen eines Hilfsaudiotesttons, beispielsweise einer Vielzahl von Aufnahmen eines Hilfsaudiotesttons, erstellt werden. In diesem Sinne kann ein vorprogrammierter Frequenzgang effektiv im Schalldruckpegel moduliert werden, indem Aufnahmen eines Testtons verwendet werden, die an einer oder mehreren Aufnahmepositionen innerhalb der akustischen Umgebung aufgenommen wurden, d.h. der vorprogrammierte Frequenzgang wird auf die Akustik der spezifischen akustischen Umgebung moduliert.The target frequency response may also be created by a combination of a pre-programmed/determined frequency response as described above and one or more recordings of an auxiliary audio test tone, for example a plurality of recordings of an auxiliary audio test tone. In this sense, a pre-programmed frequency response can be effectively modulated in sound pressure level by using recordings of a test tone recorded at one or more recording positions within the acoustic environment, i.e. the pre-programmed Frequency response is modulated to the acoustics of the specific acoustic environment.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsaudiotestton der Audiotestton.According to one embodiment of the invention, the auxiliary audio test tone is the audio test tone.

Der Hilfsaudiotestton und der Audiotestton können derselbe Ton sein. Dies kann die Qualität des Differenzfrequenzgangs, basierend auf der Differenz zwischen dem lokalen Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang, verbessern.The auxiliary audio test tone and the audio test tone can be the same tone. This can improve the quality of the difference frequency response based on the difference between the local frequency response and the target frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ausschlusskriterium eine Schalldruckpegelschwelle.According to one embodiment of the invention, the exclusion criterion comprises a sound pressure level threshold.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erstellung einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen basierend auf einem Ausschlusskriterium. Die Liste der Ausschlussfrequenzbereiche sollte vorzugsweise Frequenzbereiche umfassen, in denen akustische Nullen vorhanden sind. Das Ausschlusskriterium bestimmt, ob ein Frequenzbereich zu der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugefügt wird. Die Verwendung einer Schalldruckpegelschwelle als Ausschlusskriterium ist vorteilhaft, indem Frequenzbereiche abhängig von einem Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs innerhalb des Frequenzbereichs von der Filterung ausgeschlossen werden können. Dadurch kann es möglich sein, Frequenzbereiche, die eine akustische Null aufweisen, von der Filterung auszuschließen.The method according to the invention is based on the creation of a list of exclusion frequency ranges based on an exclusion criterion. The list of exclusion frequency ranges should preferably include frequency ranges in which acoustic zeros are present. The exclusion criterion determines whether a frequency range is added to the list of exclusion frequency ranges. The use of a sound pressure level threshold as an exclusion criterion is advantageous in that frequency ranges can be excluded from the filtering depending on a sound pressure level of the difference frequency response within the frequency range. This can make it possible to exclude frequency ranges that have an acoustic zero from the filtering.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugeordnet, wenn ein Absolutwert eines Schalldruckpegels des Differenzfrequenzgangs innerhalb des Frequenzbereichs die Schalldruckpegelschwelle überschreitet.According to an embodiment of the invention, a frequency range associated with a minimum of the local frequency response is assigned to the list of exclusion frequency ranges if an absolute value of a sound pressure level of the difference frequency response within the frequency range exceeds the sound pressure level threshold.

Durch Identifizierung von Schalldruckpegelminimum/-tal im Differenzfrequenzgang und deren Vergleich mit der Schalldruckpegelschwelle kann bestimmt werden, ob ein Frequenzbereich, der mit diesem Minimum assoziiert ist, von der Filterung ausgeschlossen werden sollte, z. B. von der Implementierung eines Kalibrierungsfilters bei einer Frequenz in der Nähe oder gleich einer zentralen Frequenz dieses Minimums. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Kalibrierungsfilter nicht bei einer Frequenz implementiert wird, die einer Frequenz entspricht, für die es an der Hörposition in der akustischen Umgebung eine akustische Null gibt.By identifying sound pressure level minimums/troughs in the difference frequency response and comparing them to the sound pressure level threshold, it can be determined whether a frequency range associated with that minimum should be excluded from filtering, e.g. from implementing a calibration filter at a frequency close to or equal to a central frequency of that minimum. This ensures that a calibration filter is not implemented at a frequency that corresponds to a frequency for which there is an acoustic null at the listening position in the acoustic environment.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schalldruckpegelschwelle ein Schwellenwert im Bereich von 2 dB bis 20 dB, beispielsweise im Bereich von 5 dB bis 15 dB, beispielsweise 9 dB.According to one embodiment of the invention, the sound pressure level threshold is a threshold value in the range of 2 dB to 20 dB, for example in the range of 5 dB to 15 dB, for example 9 dB.

Eine akustische Null ist mit einem Minimum im lokalen Frequenzgang verbunden, allerdings, da es eine Vielzahl von Minima gibt, die nicht mit einer akustischen Null verbunden sind, muss es eine Möglichkeit geben, ein gewöhnliches Minimum von einem akustischen Nullminimum zu unterscheiden. Dieser Schritt der Unterscheidung zwischen den beiden Arten von Minima kann durch den Vergleich eines Schalldruckpegels des Minimums im Differenzfrequenzgang mit der Schalldruckpegelschwelle erfolgen. Als ein Beispiel, wenn ein Schalldruckpegelschwellenwert auf 9 dB festgelegt ist, bedeutet dies, dass, wenn ein Minimum des Differenzfrequenzgangs einen Wert von negativen 9 dB, d. h. -9 dB, überschreitet, dieses Minimum als ein akustische Null behandelt wird und der mit diesem Minimum zugeordnete Frequenzbereich zur Liste der Ausschlussfrequenzbereiche hinzugefügt wird.An acoustic zero is associated with a minimum in the local frequency response, however, since there are a variety of minima that are not associated with an acoustic zero, there must be a way to distinguish an ordinary minimum from an acoustic zero minimum. This step of distinguishing between the two types of minima can be done by comparing a sound pressure level of the minimum in the difference frequency response with the sound pressure level threshold. As an example, if a sound pressure level threshold is set to 9 dB, this means that if a minimum of the difference frequency response exceeds a value of negative 9 dB, i.e. -9 dB, this minimum is treated as an acoustic zero and the frequency range associated with this minimum is added to the list of exclusion frequency ranges.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugewiesen, wenn eine dem Minimum zugeordnete Frequenzbreite einen Frequenzbreitenschwellenwert überschreitet.According to an embodiment of the invention, a frequency range associated with a minimum of the local frequency response is assigned to the list of exclusion frequency ranges if a frequency width associated with the minimum exceeds a frequency width threshold.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugeordnet, wenn ein dem Minimum zugeordneter integrierter Schalldruckpegel einen integrierten Schalldruckpegelschwellenwert überschreitet.According to an embodiment of the invention, a frequency range associated with a minimum of the local frequency response is assigned to the list of exclusion frequency ranges if an integrated sound pressure level associated with the minimum exceeds an integrated sound pressure level threshold.

Es ist nicht nur der Extremwert des Schalldruckpegels des lokalen Frequenzgangs, der die Klangverzerrung und den Charakter einer akustischen Null bestimmen kann, sondern auch die mit dem Extremwert verbundene Breite. So kann es, in einigen Ausführungsformen, nicht nur ein Extremwert des Schalldruckpegels sein, der bestimmt, ob ein Frequenzbereich der Liste der Ausschlussfrequenzen zugefügt wird. Zum Beispiel kann eine Breite, die einem Minimum des lokalen Frequenzgangs zugeordnet ist, berücksichtigt werden. Alternativ kann ein integrierter Schalldruckpegel, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs zugeordnet ist, berücksichtigt werden. Dies kann für ein Ausschlusskriterium vorteilhaft sein, um eine optimale Auswahl von Frequenzbereichen für die Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zu gewährleisten.It is not only the extreme value of the sound pressure level of the local frequency response that can determine the sound distortion and the character of an acoustic null, but also the width associated with the extreme value. Thus, in some embodiments, it may not only be an extreme value of the sound pressure level that determines whether a frequency range is added to the list of exclusion frequencies. For example, a width associated with a minimum of the local frequency response may be taken into account. Alternatively, an integrated sound pressure level associated with a minimum of the local frequency response may be taken into account. This may be advantageous for an exclusion criterion to ensure an optimal selection of frequency ranges for the list of exclusion frequency ranges.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ausschlusskriterium ein Frequenzintervall.According to one embodiment of the invention, the exclusion criterion comprises a frequency interval.

Es kann bevorzugt sein, wenn das Kalibrierverfahren nur in einem Frequenzintervall arbeitet. Es kann zum Beispiel keinen Grund geben, ein Kalibrierungsverfahren bei Frequenzen anzuwenden, die für den Menschen nicht hörbar sind. Außerdem gibt es Frequenzintervalle, die typischerweise anfälliger für Interferenzeffekte sind. Eine Beschränkung der Kalibrierungsmethode auf ein relevantes Frequenzintervall kann die für die Durchführung des Verfahrens benötigte Zeit signifikant reduzieren, im Gegensatz zur Durchführung des Verfahrens über ein weiteres Frequenzintervall, beispielsweise ein Intervall von 20 Hz bis 20 kHz.It may be preferable for the calibration procedure to operate only in one frequency interval. For example, there may be no reason to apply a calibration procedure at frequencies that are are not audible to humans. In addition, there are frequency intervals that are typically more susceptible to interference effects. Limiting the calibration method to a relevant frequency interval can significantly reduce the time required to perform the procedure, as opposed to performing the procedure over a wider frequency interval, for example an interval from 20 Hz to 20 kHz.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können nur Frequenzbereiche, die in dem Frequenzintervall enthalten sind, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugefügt werden.According to embodiments of the invention, only frequency ranges contained in the frequency interval can be added to the list of exclusion frequency ranges.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Frequenzintervall Frequenzen im Bereich von 10Hz bis 500Hz, beispielsweise im Bereich von 20Hz bis 200Hz.According to one embodiment of the invention, the frequency interval comprises frequencies in the range from 10Hz to 500Hz, for example in the range from 20Hz to 200Hz.

Typischerweise beeinflusst eine akustische Umgebung hauptsächlich ein Frequenzintervall, d.h. Störeffekte wie akustische Nullen sind in einem bestimmten Frequenzintervall am stärksten ausgeprägt. Daher kann es vorteilhaft sein, bei der Anwendung des Verfahrens zur Kalibrierung eines Lautsprechersystems auf dieses Intervall abzuzielen, um die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeit zu reduzieren. Das Frequenzintervall kann den Frequenzbereich von 20Hz bis 20kHz, beispielsweise von 20Hz bis 2kHz, beispielsweise von 20Hz bis 200Hz, zum Beispiel von 20Hz bis 80Hz umfassen, ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.Typically, an acoustic environment mainly affects a frequency interval, i.e. spurious effects such as acoustic nulls are most pronounced in a certain frequency interval. Therefore, it may be advantageous to target this interval when applying the method for calibrating a loudspeaker system in order to reduce the time required to perform the method. The frequency interval may include the frequency range from 20Hz to 20kHz, for example from 20Hz to 2kHz, for example from 20Hz to 200Hz, for example from 20Hz to 80Hz, but is not limited to these examples.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basieren die Endpunkte der Ausschlussfrequenzbereiche auf Nulldurchgängen des Differenzfrequenzgangs.According to one embodiment of the invention, the endpoints of the exclusion frequency ranges are based on zero crossings of the difference frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basieren die Endpunkte der Filterfrequenzbereiche auf Nulldurchgängen des Differenzfrequenzgangs.According to one embodiment of the invention, the end points of the filter frequency ranges are based on zero crossings of the difference frequency response.

In einer Ausführungsform der Erfindung identifiziert das Kalibrierverfahren alle Frequenzbereiche zwischen benachbarten Nulldurchgängen des Schalldruckpegels des Differenzfrequenzgangs innerhalb des Frequenzintervalls. Dabei können die Grenzen des Frequenzintervalls auch die Grenzen der äußersten Frequenzbereiche sein. Jeder Frequenzbereich wird so sortiert, dass er entweder ein Filterfrequenzbereich oder ein Ausschlussfrequenzbereich ist, so dass jeder Frequenzbereich, der mit einem Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs unterhalb einer Schalldruckpegelschwelle, beispielsweise unter -9 dB, verbunden ist, zu einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen hinzugefügt wird, während die übrigen Frequenzbereiche zu einer Liste von Filterfrequenzbereichen hinzugefügt werden.In one embodiment of the invention, the calibration method identifies all frequency ranges between adjacent zero crossings of the sound pressure level of the difference frequency response within the frequency interval. The boundaries of the frequency interval may also be the boundaries of the outermost frequency ranges. Each frequency range is sorted to be either a filter frequency range or an exclusion frequency range, such that any frequency range associated with a sound pressure level of the difference frequency response below a sound pressure level threshold, for example below -9 dB, is added to a list of exclusion frequency ranges, while the remaining frequency ranges are added to a list of filter frequency ranges.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Zielfilterfrequenz innerhalb eines ausgewählten Filterfrequenzbereichs des einen oder der mehreren Filterfrequenzbereiche und ist eine zentrale Frequenz eines Maximums oder Minimums des Differenzfrequenzgangs innerhalb des ausgewählten Filterfrequenzbereichs.According to one embodiment of the invention, the target filter frequency is within a selected filter frequency range of the one or more filter frequency ranges and is a central frequency of a maximum or minimum of the difference frequency response within the selected filter frequency range.

Nach Identifizierung eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche wird eine Zielfilterfrequenz ausgewählt. Die Zielfilterfrequenz kann eine Frequenz sein, bei der ein Kalibrierungsfilter implementiert werden soll. In diesem Sinne kann die Zielfilterfrequenz eine zentrale Frequenz des Kalibrierungsfilters sein, d. h. eine Frequenz, bei der der Kalibrierungsfilter den größten Einfluss auf den lokalen Frequenzgang hat.After identifying one or more filter frequency ranges, a target filter frequency is selected. The target filter frequency can be a frequency at which a calibration filter is to be implemented. In this sense, the target filter frequency can be a central frequency of the calibration filter, i.e. a frequency at which the calibration filter has the greatest influence on the local frequency response.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Differenzfrequenzgang analysiert, um den größten absoluten Schalldruckpegel innerhalb der Filterfrequenzbereiche zu lokalisieren, und die Zielfilterfrequenz ist die Frequenz dieses größten absoluten Schalldruckpegels.In a preferred embodiment of the invention, the difference frequency response is analyzed to locate the largest absolute sound pressure level within the filter frequency ranges, and the target filter frequency is the frequency of this largest absolute sound pressure level.

In anderen Ausführungsformen wird ein ausgewähltes Frequenzintervall basierend auf einer Integration der absoluten Schalldruckpegel der einzelnen Filterfrequenzbereiche ermittelt. Das Frequenzintervall, das bei der Integration den größten Wert ergibt, kann der ausgewählte Filterfrequenzbereich sein, aus dem eine Zielfilterfrequenz ausgewählt wird. Die Zielfilterfrequenz kann dann als Maximum des absoluten Schalldruckpegels, als eine mittlere Frequenz, als ein gewichtete mittlere Frequenz unter Verwendung des Schalldruckpegels als Gewicht oder durch eine Anpassung ermittelt werden.In other embodiments, a selected frequency interval is determined based on an integration of the absolute sound pressure levels of the individual filter frequency ranges. The frequency interval that yields the largest value upon integration may be the selected filter frequency range from which a target filter frequency is selected. The target filter frequency may then be determined as a maximum of the absolute sound pressure level, as a mean frequency, as a weighted mean frequency using the sound pressure level as a weight, or by an adjustment.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kalibrierungsfilter ein Filter mit unendlicher Impulsantwort.According to one embodiment of the invention, the calibration filter is an infinite impulse response filter.

Ein Kalibrierungsfilter kann ein Filter mit unendlicher Impulsantwort sein, vorzugsweise ein digitales Biquad-Filter, ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Filter mit unendlicher Impulsantwort sind vorteilhaft, da sie für einen relativ engen Frequenzbereich gelten können.A calibration filter can be an infinite impulse response filter, preferably a digital biquad filter but not limited to this example. Infinite impulse response filters are advantageous because they can apply to a relatively narrow range of frequencies.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kalibrierungsfilter ein Biquad-Filter, beispielsweise ein digitales Biquad-Filter.According to one embodiment of the invention, the calibration filter is a biquad filter, for example a digital biquad filter.

Ein Biquad-Filter, z. B. ein digitales Biquad-Filter, kann als eine Art von Filter zweiter Ordnung mit unendlicher Impulsantwort charakterisiert werden. In einer Frequenzdarstellung ist seine Übertragungsfunktion ein Verhältnis von zwei quadratischen Funktionen.A biquad filter, such as a digital biquad filter, can be characterized as a type of second-order filter with infinite impulse response. In a frequency representation, its transfer function is a ratio of two quadratic functions.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kalibrierungsfilter eine Filterverstärkung.According to one embodiment of the invention, the calibration filter comprises a filter gain.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Filterverstärkung auf einem Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs bei der Zielfilterfrequenz.According to one embodiment of the invention, the filter gain is based on a sound pressure level of the difference frequency response at the target filter frequency.

Eine Filterverstärkung kann als die Änderung des Schalldruckpegels verstanden werden, die das Filter bei einer Zielfilterfrequenz oder einem Bereich von Frequenzen in unmittelbarer Nähe der Zielfilterfrequenz ausübt, und kann entweder positiv oder negativ sein.A filter gain can be understood as the change in sound pressure level exerted by the filter at a target filter frequency or a range of frequencies in close proximity to the target filter frequency, and can be either positive or negative.

Im Rahmen des Kalibrierungsverfahrens der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Verstärkung eines Kalibrierungsfilters gewählt werden kann, so dass sich ein gefilterter Frequenzgang dem Zielfrequenzgang so genau wie möglich annähern kann.Within the scope of the calibration method of the invention, it is advantageous that the gain of a calibration filter can be selected so that a filtered frequency response can approach the target frequency response as closely as possible.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Filterverstärkung gewählt werden, so dass der Schalldruckpegel des gefilterten Frequenzgangs bei der Zielfilterfrequenz dem Schalldruckpegel des Zielfrequenzgangs bei der gleichen Zielfilterfrequenz möglichst nahe kommt, beispielsweise identisch oder annähernd der gleiche Schalldruckpegel ist.According to embodiments of the invention, the filter gain can be selected so that the sound pressure level of the filtered frequency response at the target filter frequency is as close as possible to the sound pressure level of the target frequency response at the same target filter frequency, for example is identical or approximately the same sound pressure level.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kalibrierungsfilter einen Filtergütefaktor.According to one embodiment of the invention, the calibration filter comprises a filter quality factor.

Ein Filtergütefaktor oder Q-Faktor ist ein Faktor, der sich auf einen Equalizer bezieht. Er wird verstanden als das Verhältnis einer Mittenfrequenz zur Bandbreite, d. h. das Verhältnis zwischen der Zielfilterfrequenz und einer Frequenzbreite, die die Zielfilterfrequenz umgibt. Für eine feste Zielfilterfrequenz ist die Bandbreite umgekehrt proportional zum Q-Faktor, das bedeutet, wenn Q erhöht wird, wird die Bandbreite schmaler. Der Gütefaktor ist ein nützliches Werkzeug eines parametrischen Equalizers, da er erlaubt, ein Signal innerhalb eines sehr schmalen oder breiten Bereichs von Frequenzen innerhalb jedes Equalizer-Bands abzuschwächen oder zu verstärken. Breite und schmale Bandbreiten (niedriges bzw. hohes Q) können in Verbindung miteinander verwendet werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.A filter quality factor or Q factor is a factor related to an equalizer. It is understood as the ratio of a center frequency to the bandwidth, that is, the ratio between the target filter frequency and a frequency range surrounding the target filter frequency. For a fixed target filter frequency, the bandwidth is inversely proportional to the Q factor, meaning that as Q is increased, the bandwidth becomes narrower. The quality factor is a useful tool of a parametric equalizer because it allows a signal to be attenuated or boosted within a very narrow or wide range of frequencies within each equalizer band. Wide and narrow bandwidths (low and high Q, respectively) can be used in conjunction with each other to achieve the desired effect.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Filtergütefaktor basierend auf einer Minimierung einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang ausgewählt.According to one embodiment of the invention, the filter quality factor is selected based on minimizing a difference between the target frequency response and the filtered frequency response.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Minimierung durch einen Suchalgorithmus durchgeführt.According to one embodiment of the invention, the minimization is performed by a search algorithm.

Der Filtergütefaktor kann gewählt werden, um die Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang zu minimieren. Diese Auswahl kann durch einen Anpassungsalgorithmus oder einen Suchalgorithmus durchgeführt werden. Zum Beispiel wird eine Liste möglicher Filtergütefaktoren bereitgestellt, und ein binärer Suchalgorithmus führt eine Suche durch diese Liste durch, um den Filtergütefaktor zu finden, der eine minimale Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang ergibt. Als ein Beispiel kann ein Gütefaktor oder Q-Wert, der eine minimale Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang bei der Zielfilterfrequenz ergibt, vorteilhafterweise aus einem reduzierten Bereich von Q-Werten gefunden werden. Es hat sich gezeigt, dass die Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang eine gewisse Abhängigkeit vom Q-Wert aufweist. Beobachtungen zeigen, dass die Differenz eine Abhängigkeit zweiter Ordnung vom Q-Wert aufweist und dass diese Abhängigkeit nur ein einziges Extremum aufweist, bei dem die Differenz am kleinsten ist. Diese Beobachtung kann vom Suchalgorithmus bei der Suche nach dem bestmöglichen Gütefaktor gezielt berücksichtigt werden. Der Suchalgorithmus kann mit der Feststellung der Differenz bei einem gegebenen Ausgangs-Q-Wert beginnen und dann die Differenz für benachbarte Q-Werte ermitteln, d. h. sowohl kleinere als auch größere Q-Werte. Anhand dieser Q-Werte kann festgestellt werden, ob die minimale Differenz durch einen Q-Wert erreicht wird, der kleiner oder größer ist als der gegebene Start-Q-Wert. Durch die oben beschriebene Abhängigkeit kann so eine große Anzahl von Q-Werten unberücksichtigt bleiben und ein optimaler Q-Wert kann schneller gefunden werden, als wenn alle Q-Werte ausgewertet werden müssten. Nach der Feststellung, dass ein geeigneterer Q-Wert bei höheren oder niedrigeren Werten als dem Ausgangs-Q-Wert liegt, kann der Suchalgorithmus mit der Bewertung der Differenz bei einem Q-Wert fortfahren, der in der Mitte eines Intervalls von Q-Werten liegt, das mit dem Ausgangs-Q-Wert beginnt und in einer oberen oder unteren Grenze der anwendbaren Q-Werte des Equalizers endet. Der Suchalgorithmus kann dieses Verfahren in mehreren Schritten durchführen, um einen optimalen Q-Wert für das bei der Zielfilterfrequenz anzuwendende Filter zu ermitteln.The filter quality factor may be chosen to minimize the difference between the target frequency response and the filtered frequency response. This selection may be performed by a matching algorithm or a search algorithm. For example, a list of possible filter quality factors is provided and a binary search algorithm performs a search through this list to find the filter quality factor that gives a minimal difference between the target frequency response and the filtered frequency response. As an example, a quality factor or Q value that gives a minimal difference between the target frequency response and the filtered frequency response at the target filter frequency may advantageously be found from a reduced range of Q values. The difference between the target frequency response and the filtered frequency response has been shown to have some dependence on the Q value. Observations show that the difference has a second order dependence on the Q value and that this dependence has only a single extremum at which the difference is smallest. This observation can be specifically taken into account by the search algorithm when searching for the best possible figure of merit. The search algorithm can start by determining the difference for a given starting Q value and then determine the difference for neighboring Q values, i.e. both smaller and larger Q values. Based on these Q values, it can be determined whether the minimum difference is achieved by a Q value that is smaller or larger than the given starting Q value. Due to the dependency described above, a large number of Q values can be ignored and an optimal Q value can be found more quickly than if all Q values had to be evaluated. After determining that a more suitable Q value lies at higher or lower values than the initial Q value, the search algorithm may proceed to evaluate the difference at a Q value that lies in the middle of an interval of Q values that begins with the initial Q value and ends in an upper or lower limit of the applicable Q values of the equalizer. The search algorithm may perform this process in several steps to determine an optimal Q value for the filter to be applied at the target filter frequency.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Minimierung innerhalb eines Filterfrequenzbereichs umfassend die Zielfilterfrequenz durchgeführt.According to one embodiment of the invention, the minimization is performed within a filter frequency range comprising the target filter frequency.

Die Minimierung einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang kann innerhalb des Filterfrequenzbereichs durchgeführt werden, in dem der Zielfilterfrequenzbereich liegt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang und dem gefilterten Frequenzgang berechnet, diese Differenz quadriert und diese quadrierte Differenz innerhalb des Frequenzbereichs umfassend die Zielfilterfrequenz integriert. Der Filtergütefaktor wird dann gewählt, diese integrierte quadrierte Summe zu minimieren.The minimization of a difference between the target frequency response and the filtered frequency response can be performed within the filter frequency range in which the target filter frequency range lies. In one embodiment of the Invention, the difference between the target frequency response and the filtered frequency response is calculated, this difference is squared and this squared difference is integrated within the frequency range including the target filter frequency. The filter quality factor is then chosen to minimize this integrated squared sum.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Auswählens einer Hilfszielfilterfrequenz innerhalb eines ausgewählten Ausschlussfrequenzbereichs, wobei die Hilfszielfilterfrequenz eine zentrale Frequenz eines Minima des lokalen Frequenzgangs innerhalb des ausgewählten Ausschlussfrequenzbereichs ist, und wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Implementierens eines mit der Hilfszielfilterfrequenz in Bezug stehenden Hilfskalibrierungsfilters in dem Equalizer umfasst.According to an embodiment of the invention, the method further comprises a step of selecting an auxiliary target filter frequency within a selected cutoff frequency range, wherein the auxiliary target filter frequency is a central frequency of a minima of the local frequency response within the selected cutoff frequency range, and wherein the method further comprises a step of implementing an auxiliary calibration filter related to the auxiliary target filter frequency in the equalizer.

Bereitstellen einer vollständigen Kompensation einer akustischen Null kann problematisch sein, die Durchführung einer Teilkompensation kann jedoch vorteilhaft sein. Daher kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Hilfskalibrierungsfilter bei einer Hilfszielfilterfrequenz, die innerhalb eines Ausschlussfrequenzbereichs liegt, implementiert werden. Das Hilfskalibrierungsfilter kann ein Filter sein, das eine andere Art von Filter ist als ein Kalibrierungsfilter, in dem Sinne, dass seine Verstärkung eingeschränkt sein kann. Zum Beispiel kann ein Hilfskalibrierungsfilter eine Hilfsfilterverstärkung aufweisen, und die Größe dieser Hilfsfilterverstärkung kann auf z. B. 9 dB beschränkt sein. Die Implementierung eines Hilfskalibrierungsfilters ist nicht beschränkt sein, zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Schritte des Kalibrierungsverfahrens stattzufinden. Ein Hilfskalibrierungsfilter kann nach der Implementierung eines Kalibrierungsfilters, vor der Implementierung eines Kalibrierungsfilters oder zwischen zwei Implementierungen von Kalibrierungsfiltern implementiert werden.Providing full compensation of an acoustic null may be problematic, but performing partial compensation may be advantageous. Therefore, in some embodiments of the invention, an auxiliary calibration filter may be implemented at an auxiliary target filter frequency that is within a cutoff frequency range. The auxiliary calibration filter may be a filter that is a different type of filter than a calibration filter, in the sense that its gain may be limited. For example, an auxiliary calibration filter may have an auxiliary filter gain, and the magnitude of this auxiliary filter gain may be limited to, e.g., 9 dB. The implementation of an auxiliary calibration filter is not limited to taking place at a particular time during the steps of the calibration method. An auxiliary calibration filter may be implemented after the implementation of a calibration filter, before the implementation of a calibration filter, or between two implementations of calibration filters.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Bereitstellens eines Eingangsaudiosignals und des Filterns des Eingangsaudiosignals unter Verwendung des Kalibrierungsfilters, um ein gefiltertes Audiosignal bereitzustellen, das von dem Lautsprechersystem wiedergegeben werden soll.According to an embodiment of the invention, the method further comprises a step of providing an input audio signal and filtering the input audio signal using the calibration filter to provide a filtered audio signal to be reproduced by the loudspeaker system.

Wenn einer oder mehrere Filter in den Equalizer implementiert worden sind, kann das Lautsprechersystem als auf die akustische Umgebung in Bezug auf eine bestimmte Aufnahmeposition kalibriert angesehen werden. Das Lautsprechersystem kann dann ein beliebiges Eingangsaudiosignal empfangen und alle implementierten Filter auf dieses Eingangsaudiosignal anwenden, um ein gefiltertes Audiosignal zu erzeugen, das von einem oder mehreren Lautsprechern des Lautsprechersystems in die akustische Umgebung abgegeben werden kann. Das Eingangsaudiosignal kann zum Beispiel jede Art von Audio sein, z. B. Musik oder mit einem Kinofilm synchronisiertes Audio, ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.When one or more filters have been implemented into the equalizer, the speaker system can be considered to be calibrated to the acoustic environment with respect to a particular recording position. The speaker system can then receive any input audio signal and apply any implemented filters to that input audio signal to produce a filtered audio signal that can be output to the acoustic environment by one or more speakers of the speaker system. The input audio signal can be any type of audio, for example, music or audio synchronized to a movie, but is not limited to these examples.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere Schritte, ausgewählt aus den Schritten des Anlegens eines Audiotestsignals, des Aufnehmens des Audioteststons, des Bereitstellens eines lokalen Frequenzgangs, des Bereitstellens eines Zielfrequenzgangs, des Festlegens eines Differenzfrequenzgangs, des Erstellens einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, des Identifizierens eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche, des Auswählens einer Zielfilterfrequenz und des Implementierens eines Kalibrierungsfilters eine Vielzahl von Malen durchgeführt.According to an embodiment of the invention, one or more steps selected from the steps of applying an audio test signal, recording the audio test tone, providing a local frequency response, providing a target frequency response, determining a difference frequency response, creating a list of exclusion frequency ranges, identifying one or more filter frequency ranges, selecting a target filter frequency, and implementing a calibration filter are performed a plurality of times.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Kalibrierungsverfahren der Erfindung ein iteratives Kalibrierungsverfahren, bei dem einer oder mehrere der Verfahrensschritte ein- oder mehrmals wiederholt werden, z. B. eine Vielzahl von Malen. In diesem Zusammenhang kann eine Iteration als eine Wiederholung eines oder mehrerer Schritte des Verfahrens, die auf Eingaben aus einer vorhergehenden Iteration beruhen können, verstanden werden. In einem iterativen Kalibrierungsverfahren gemäß diesen Ausführungsformen kann der Differenzfrequenzgang basierend auf der Implementierung eines Kalibrierungsfilters aktualisiert werden, und basierend auf dem aktualisierten Differenzfrequenzgang kann ein zusätzliches Kalibrierungsfilter implementiert werden.In some embodiments of the invention, the calibration method of the invention is an iterative calibration method in which one or more of the method steps are repeated one or more times, e.g. a plurality of times. In this context, an iteration may be understood as a repetition of one or more steps of the method, which may be based on inputs from a previous iteration. In an iterative calibration method according to these embodiments, the difference frequency response may be updated based on the implementation of a calibration filter, and an additional calibration filter may be implemented based on the updated difference frequency response.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Differenzfrequenzgang basierend auf dem gefilterten Frequenzgang aktualisiert werden, d. h. der gefilterte Frequenzgang wird als aktualisierter Differenzfrequenzgang verwendet. Dieser Differenzfrequenzgang kann dann als Basis für eine zusätzliche Zielfilterfrequenz dienen, wobei ein zusätzliches Kalibrierungsfilter in den Equalizer implementiert werden kann.In some embodiments of the invention, the difference frequency response may be updated based on the filtered frequency response, i.e. the filtered frequency response is used as an updated difference frequency response. This difference frequency response may then serve as a basis for an additional target filter frequency, wherein an additional calibration filter may be implemented in the equalizer.

In diesen Ausführungsformen können die Liste der Ausschlussfrequenzbereiche und die Filterfrequenzbereiche basierend auf dem aktualisierten Differenzfrequenzgang aktualisiert werden.In these embodiments, the list of exclusion frequency ranges and the filter frequency ranges may be updated based on the updated difference frequency response.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird das Audiotestsignal dem Equalizer zugeführt, um ein gefiltertes Audiotestsignal zu erzeugen, basierend auf den im Equalizer implementierten Kalibrierungsfiltern. Das gefilterte Audiotestsignal kann dann von einem oder mehreren Lautsprechern des Lautsprechersystems verwendet werden, um einen gefilterten Audiotestton in der akustischen Umgebung zu erzeugen, der wiederum aufgenommen werden kann, um ein gefiltertes aufgenommenes Testsignal bereitzustellen, das als Grundlage für einen aktualisierten lokalen Frequenzgang verwendet wird. Basierend auf einem aktualisierten lokalen Frequenzgang kann ein zusätzliches Kalibrierungsfilter implementiert werden.In other embodiments of the invention, the audio test signal is fed to the equalizer to generate a filtered audio test signal based on the calibration filters implemented in the equalizer. The filtered audio test signal can then be used by one or more loudspeakers of the loudspeaker system to generate a filtered audio test tone in the acoustic environment, which in turn can be recorded to provide a filtered recorded test signal that is used as the basis for an updated local frequency response. Based on an updated local frequency response, an additional calibration filter can be implemented.

Iterationen des Kalibrierungsverfahrens können beliebig oft wiederholt werden, z. B. bis ein Zielfrequenzgangkriterium erfüllt ist oder eine vordefinierte Anzahl von Malen, zum Beispiel 5 Mal oder 20 Mal. Ein Zielfrequenzgangkriterium kann als ein Kriterium verstanden werden, das den gefilterten Frequenzgang bewertet, um festzustellen, ob er dem Zielfrequenzgang hinreichend ähnelt, z. B. könnte diese Bewertung feststellen, ob die Schalldruckpegeldifferenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang innerhalb eines beliebigen Filterfrequenzbereichs 3 dB übersteigt, und wenn die Differenz 3 dB übersteigt, kann ein zusätzliches Kalibrierungsfilter eingesetzt werden. Ein Zielfrequenzgangkriterium ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.Iterations of the calibration procedure can be repeated any number of times, e.g. until a target frequency response criterion is met or a predefined number of times, for example 5 times or 20 times. A target frequency response criterion can be understood as a criterion that evaluates the filtered frequency response to determine whether it sufficiently resembles the target frequency response, e.g. this evaluation could determine whether the sound pressure level difference between the filtered frequency response and the target frequency response exceeds 3 dB within any filter frequency range, and if the difference exceeds 3 dB, an additional calibration filter can be applied. A target frequency response criterion is not limited to this example.

Durch den Einsatz eines iterativen Kalibrierungsverfahrens, bei dem mehrere Iterationen durchgeführt werden, ist es möglich, Verzerrungen in einer akustischen Umgebung in einem höheren Maße zu reduzieren, als wenn nur ein einziges Filter eingesetzt wird.By using an iterative calibration procedure in which multiple iterations are performed, it is possible to reduce distortion in an acoustic environment to a greater extent than if only a single filter is used.

Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Lautsprechersystem, umfassend:

  • Mindestens einen Lautsprecher, einen Audioverstärker, einen Equalizer und einen Audiosignalprozessor, wobei das Lautsprechersystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
One aspect of the invention relates to a loudspeaker system comprising:
  • At least one loudspeaker, an audio amplifier, an equalizer and an audio signal processor, wherein the loudspeaker system is arranged to carry out the method according to one of the preceding claims.

Ein Lautsprechersystem kann als ein System verstanden werden umfassend einen oder mehrere Lautsprecher und eine oder mehrere Lautsprechertreibereinheiten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lautsprechersystem ein einzelnes, eigenständiges Gerät, beispielsweise ein Aktivlautsprecher. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Lautsprechersystem ein verteiltes System umfassend eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Geräten, beispielsweise zwei oder mehr passive Lautsprecher, die elektrisch mit einer Lautsprechertreibereinheit, z. B. einem Verstärker, verbunden sind. Der Equalizer kann ein integraler Bestandteil des Verstärkers sein oder ein dediziertes Gerät.A loudspeaker system can be understood as a system comprising one or more loudspeakers and one or more loudspeaker driver units. According to one embodiment of the invention, the loudspeaker system is a single, stand-alone device, for example an active loudspeaker. In another embodiment of the invention, the loudspeaker system is a distributed system comprising a plurality of electrically connected devices, for example two or more passive loudspeakers that are electrically connected to a loudspeaker driver unit, e.g. an amplifier. The equalizer can be an integral part of the amplifier or a dedicated device.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindungen kann das Lautsprechersystem eingerichtet sein, ein Kalibrierungsverfahren gemäß dem Verfahren der Erfindung zu ermöglichen. Dies kann einen Equalizer erfordern, in dem Kalibrierungsfilter implementiert sein können, so dass jedes dem Lautsprechersystem zugeführte Eingangsaudiosignal durch Kalibrierungsfilter gefiltert werden kann.According to embodiments of the inventions, the loudspeaker system may be arranged to enable a calibration method according to the method of the invention. This may require an equalizer in which calibration filters may be implemented so that each input audio signal supplied to the loudspeaker system may be filtered by calibration filters.

Ein Lautsprechersystem gemäß der Erfindung sollte vorzugsweise einen Audiosignalprozessor umfassen. Der Audiosignalprozessor kann den Equalizer umfassen.A loudspeaker system according to the invention should preferably comprise an audio signal processor. The audio signal processor may comprise the equalizer.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind Audioverstärker und Equalizer in einem Lautsprechersystem-Controller enthalten, der auch einen Audiosignalprozessor und Mittel zum Empfang eines Eingangsaudiosignals umfassen kann.In some embodiments of the invention, audio amplifiers and equalizers are included in a speaker system controller, which may also include an audio signal processor and means for receiving an input audio signal.

Ein Audiosignalprozessor kann ein interner Audiosignalprozessor sein und er kann ein externer Audiosignalprozessor sein. Ein externer Audiosignalprozessor kann als ein Audiosignalprozessor verstanden werden, der in ein externes Gerät und nicht in einen Lautsprechersystemcontroller integriert ist. Ein externer Audiosignalprozessor kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Lautsprechersystemcontroller unabhängig von dem externen Audiosignalprozessor ein Eingangsaudiosignal empfangen kann, das von einem oder mehreren Lautsprechern des Lautsprechersystems als Schall ausgegeben werden soll. Im Gegensatz dazu kann ein interner Audioprozessor in einen Lautsprechersystemcontroller integriert sein. Ausführungsformen der Erfindung können sowohl einen internen Audiosignalprozessor als auch einen externen Audiosignalprozessor umfassen.An audio signal processor may be an internal audio signal processor and it may be an external audio signal processor. An external audio signal processor may be understood as an audio signal processor that is integrated into an external device and not into a speaker system controller. An external audio signal processor may be characterized in that a speaker system controller may receive an input audio signal to be output as sound from one or more speakers of the speaker system independently of the external audio signal processor. In contrast, an internal audio processor may be integrated into a speaker system controller. Embodiments of the invention may include both an internal audio signal processor and an external audio signal processor.

Ein externer Audiosignalprozessor kann sich in einem externen Gerät befinden, d.h. in einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise einem Smartphone, Laptop oder Tablet. Ein externes Gerät kann mit jedem anderen Teil des Lautsprechersystems wie dem Equalizer oder einem internen Audiosignalprozessor über beliebige Verbindungsmittel kommunizieren. Beispiele für Verbindungsmittel sind drahtgebundene Verbindungen beispielsweise eine kabelgebundene Verbindung und drahtlose Verbindungen beispielsweise eine Bluetooth-Verbindung, z. B. Bluetooth A2DP oder Bluetooth aptX, oder eine Wi-Fi-Verbindung.An external audio signal processor can be located in an external device, i.e. an electronic processing device, for example a smartphone, laptop or tablet. An external device can communicate with any other part of the speaker system, such as the equalizer or an internal audio signal processor, through any connection means. Examples of connection means are wired connections, for example a cabled connection, and wireless connections, for example a Bluetooth connection, for example Bluetooth A2DP or Bluetooth aptX, or a Wi-Fi connection.

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst Schritte des Anlegens eines Audiotestsignals, des Aufnehmens eines Audiotesttons, des Bereitstellens eines lokalen Frequenzgangs, des Bereitstellens eines Zielfrequenzgangs, des Erzeugens einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, des Identifizierens von Filterfrequenzbereichen, des Auswählens einer Zielfilterfrequenz und des Implementierens eines Kalibrierungsfilters. Beliebige Schritte des Verfahrens der Erfindung können auf einem internen Audiosignalprozessor durchgeführt werden, und beliebige Schritte des Verfahrens können auf einem externen Audiosignalprozessor durchgeführt werden.The method according to the invention comprises steps of applying an audio test signal, recording an audio test tone, providing a local frequency response, providing a target frequency response, generating a list of exclusion frequency ranges, identifying filter frequency ranges, selecting a target filter frequency and implementing a calibration filter. Any steps of the method of the invention can be performed on an internal audio signal processor, and Any steps of the process can be performed on an external audio signal processor.

Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein externer Audiosignalprozessor den Schritt der Aufnahme eines Audiotesttons durchführen, der dann einem internen Audiosignalprozessor zur Verfügung gestellt wird, der für die Durchführung anderer Schritte des Verfahrens eingerichtet ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein externer Audiosignalprozessor einen lokalen Frequenzgang bereitstellen, einen Zielfrequenzgang bereitstellen, einen Differenzfrequenzgang erstellen, eine Liste von Ausschlussfrequenzbereichen erstellen, Filterfrequenzbereiche identifizieren und eine Zielfilterfrequenz auswählen.For example, in some embodiments of the invention, an external audio signal processor may perform the step of recording an audio test tone which is then provided to an internal audio signal processor configured to perform other steps of the method. In other embodiments of the invention, an external audio signal processor may provide a local frequency response, provide a target frequency response, create a difference frequency response, create a list of exclusion frequency ranges, identify filter frequency ranges, and select a target filter frequency.

Die ZeichnungenThe drawings

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, worin

  • 1 eine akustische Umgebung illustriert, in der ein Lautsprechersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kalibriert werden kann,
  • 2a-2b Schritte zur Bereitstellung eines Zielfrequenzganges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustrieren,
  • 3a-3d Schritte zur Implementierung von Kalibrierungsfiltern basierend auf Analyse von Frequenzgängen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung illustrieren,
  • 4 ein Flussdiagramm, das das Kalibrierungsverfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, illustriert, und
  • 5a-5b verschiedene Konfigurationen eines Lautsprechersystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung illustrieren.
Various embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, in which
  • 1 illustrates an acoustic environment in which a loudspeaker system can be calibrated according to an embodiment of the invention,
  • 2a-2b illustrate steps for providing a target frequency response according to an embodiment of the invention,
  • 3a-3d illustrate steps for implementing calibration filters based on analysis of frequency responses according to preferred embodiments of the invention,
  • 4 illustrates a flow chart describing the calibration method according to embodiments of the invention, and
  • 5a-5b illustrate various configurations of a loudspeaker system according to embodiments of the invention.

Ausführliche BeschreibungDetailed description

1 illustriert eine akustische Umgebung 50, z.B. einen Raum, in dem Lautsprecher 11 eines Lautsprechersystems angeordnet sind, um akustischen Schall abzustrahlen. Aufgrund der Konfiguration des Raums, d. h. der Anordnung von Wänden, Boden, Decke und möglichen Möbeln, wird der von den Lautsprechern 11 abgestrahlte Schall von einem Zuhörer/Benutzer im Raum möglicherweise nicht wie beabsichtigt wahrgenommen. Mit anderen Worten, die Akustik des Raumes beeinflusst die Wahrnehmung des Schalls im Raum, oder anders ausgedrückt, der Frequenzgang des Raumes wird durch die Konfiguration des Raumes stark beeinflusst. 1 illustrates an acoustic environment 50, e.g. a room in which loudspeakers 11 of a loudspeaker system are arranged to radiate acoustic sound. Due to the configuration of the room, e.g. the arrangement of walls, floor, ceiling and possible furniture, the sound radiated by the loudspeakers 11 may not be perceived as intended by a listener/user in the room. In other words, the acoustics of the room influence the perception of the sound in the room, or in other words, the frequency response of the room is strongly influenced by the configuration of the room.

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird von einem lokalen Frequenzgang und einem Zielfrequenzgang gesprochen. Der lokale Frequenzgang ist der Frequenzgang des Lautsprechersystems, wie er durch die Konfiguration der akustischen Umgebung ergänzt/beeinflusst wird, und der Zielfrequenzgang ist ein Frequenzgang, der vom Hörer im Raum gewünscht wird. Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung umfassen das Bereitstellen eines lokalen Frequenzgangs und eines Zielfrequenzgangs, mit der Absicht, mindestens einen Kalibrierungsfilter zu implementieren, so dass sich ein gefilterter Frequenzgang im Vergleich zum lokalen Frequenzgang dem Zielfrequenzgang annähern kann. Der Hörer kann beschließen, das Lautsprechersystem zu kalibrieren, so dass der lokale Frequenzgang an einer Hörposition 52 so nahe wie möglich an den beabsichtigten Zielfrequenzgang herankommt.In the following detailed description, reference is made to a local frequency response and a target frequency response. The local frequency response is the frequency response of the loudspeaker system as complemented/influenced by the configuration of the acoustic environment, and the target frequency response is a frequency response desired by the listener in the room. Steps of the method according to the invention include providing a local frequency response and a target frequency response, with the intention of implementing at least one calibration filter so that a filtered frequency response can approach the target frequency response compared to the local frequency response. The listener can decide to calibrate the loudspeaker system so that the local frequency response at a listening position 52 is as close as possible to the intended target frequency response.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung basiert der Zielfrequenzgang auf Aufnahmen eines Audiotesttons, und diese Aufnahmen werden an verschiedenen Aufnahmepositionen 51 innerhalb der akustischen Umgebung durchgeführt. Zum Beispiel wird an jeder der drei gezeigten Aufnahmepositionen 51 ein Audiotestton aufgenommen, um drei aufgenommene Testsignale bereit zu stellen. Jedes aufgenommene Testsignal kann dann verwendet werden, um einen Aufnahmepositionsfrequenzgang 25 zu erzeugen, so dass insgesamt drei Aufnahmepositionsfrequenzgänge bereitgestellt werden. Diese drei Aufnahmepositionsfrequenzgänge können dann gemittelt sein, um einen Zielfrequenzgang bereit zu stellen, auf dem ein Differenzfrequenzgang basiert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die drei aufgenommenen Testsignale gemittelt werden, und ein Zielfrequenzgang kann basierend auf dem gemittelten aufgenommenen Testsignal erzeugt werden. Ein lokaler Frequenzgang kann dann basierend auf einer Aufnahme eines Audiotestsignals an einer Hörposition 52 erzeugt werden.In the 1 In the embodiment of the invention shown, the target frequency response is based on recordings of an audio test tone, and these recordings are made at different recording positions 51 within the acoustic environment. For example, an audio test tone is recorded at each of the three recording positions 51 shown to provide three recorded test signals. Each recorded test signal can then be used to generate a recording position frequency response 25, so that a total of three recording position frequency responses are provided. These three recording position frequency responses can then be averaged to provide a target frequency response on which a difference frequency response is based. In other embodiments of the invention, the three recorded test signals can be averaged, and a target frequency response can be generated based on the averaged recorded test signal. A local frequency response can then be generated based on a recording of an audio test signal at a listening position 52.

2a-2b illustrieren eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Zielfrequenzgang basierend auf Aufnahmen eines Audiotesttons von drei Aufnahmepositionen 51 erstellt wird. 2a-2b illustrate an embodiment of the invention in which a target frequency response is created based on recordings of an audio test tone from three recording positions 51.

Jede an einer Aufnahmeposition 51 durchgeführte Aufnahme wird als Basis für die Bereitstellung eines Aufnahmepositionsfrequenzgangs verwendet. In 2a sind drei Aufnahmepositionsfrequenzgänge 25 dargestellt, die aus Aufnahmen an den drei in 1 gezeigten Aufnahmepositionen 51 erhalten wurden, wobei die Aufnahmepositionen jedoch irgendwo Stelle im Raum liegen könnten, und in anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Anzahl der Aufnahmen nicht auf 3 beschränkt, sondern kann eine beliebige Anzahl von Aufnahmen sein. Wie in 2a gezeigt, unterscheiden sich die Frequenzgänge 25 der Aufnahmepositionen voneinander, was illustriert, dass der Einfluss der Konfiguration der akustischen Umgebung 50 auf den Frequenzgang für verschiedene Aufnahmepositionen 51 unterschiedlich ist. Der Aufnahmepositionsfrequenzgang 25 zeigt den Schalldruckpegel (in dB-Einheiten) als Funktion der Frequenz. In dieser Ausführungsform liegen die Frequenzen der Aufnahmepositionsfrequenzgänge 25 im Bereich von 10 Hz bis etwas mehr als 200 Hz, in anderen Ausführungsformen der Erfindung jedoch kann das Intervall der Frequenzen jedes andere Intervall sein.Each recording made at a recording position 51 is used as a basis for providing a recording position frequency response. In 2a Three recording position frequency responses 25 are shown, which were obtained from recordings at the three 1 shown recording positions 51, but the recording positions could be located anywhere in space, and in other embodiments of the invention the number of recordings is not limited to 3, but can be any number of recordings As in 2a As shown, the frequency responses 25 of the recording positions differ from each other, illustrating that the influence of the configuration of the acoustic environment 50 on the frequency response is different for different recording positions 51. The recording position frequency response 25 shows the sound pressure level (in dB units) as a function of frequency. In this embodiment, the frequencies of the recording position frequency responses 25 are in the range of 10 Hz to just over 200 Hz, but in other embodiments of the invention the interval of frequencies may be any other interval.

2b zeigt eine Mittelung 26 der Aufnahmepositionsfrequenzgänge, die eine Mittelung der drei Aufnahmepositionsfrequenzgänge 25 ist, wie in 2a gezeigt. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Zielfrequenzgang als Mittelwert der Mittelung 26 der Aufnahmepositionsfrequenzgänge gewählt, und dieser Mittelwert 27 der Aufnahmepositionsfrequenzgänge wird innerhalb einer unteren und oberen Kalibrierungsverfahrensfrequenzgrenze 33 berechnet, die in dieser Ausführungsform bei 20 Hz und bei 200 Hz liegt, jedoch können in anderen Ausführungsformen der Erfindung diese Grenzen 33 andere Frequenzwerte annehmen. 2b shows an average 26 of the recording position frequency responses, which is an average of the three recording position frequency responses 25, as in 2a In this embodiment of the invention, the target frequency response is chosen as the mean of the average 26 of the pickup position frequency responses, and this mean 27 of the pickup position frequency responses is calculated within a lower and upper calibration method frequency limit 33, which in this embodiment is 20 Hz and 200 Hz, but in other embodiments of the invention these limits 33 may assume other frequency values.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Mittelung 26 der Aufnahmepositionsfrequenzgänge sogar direkt als Zielfrequenzgang verwendet werden. Alternativ kann in einigen Ausführungsformen ein Mittelwert der Aufnahmepositionsfrequenzgänge 27 als Basis für einen Zielfrequenzgang verwendet werden, wobei ein Mittelwert als Mittelwert über ein Intervall von Frequenzen verstanden werden kann, so dass der Mittelwert der Aufnahmepositionsfrequenzgänge 27 konstant ist, wie in 2b dargestellt.In other embodiments of the invention, an average 26 of the recording position frequency responses can even be used directly as a target frequency response. Alternatively, in some embodiments, an average of the recording position frequency responses 27 can be used as a basis for a target frequency response, wherein an average can be understood as an average over an interval of frequencies, so that the average of the recording position frequency responses 27 is constant, as in 2b shown.

3a-3d illustrieren Schritte zur Implementierung eines oder mehrerer Kalibrierungsfilter gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 3a-3d illustrate steps for implementing one or more calibration filters according to embodiments of the invention.

3a zeigt einen nicht gemittelten lokalen Frequenzgang 20, der einen Frequenzgang darstellt, wie an der Hörposition 52 gemessen. Der gemessene nicht gemittelte lokale Frequenzgang 20 dieser Ausführungsform wird geglättet, um einen lokalen Frequenzgang 21 zu erhalten, der als glatte Kurve im Diagramm von 3a zu sehen ist. 3a shows a non-averaged local frequency response 20 which represents a frequency response as measured at the listening position 52. The measured non-averaged local frequency response 20 of this embodiment is smoothed to obtain a local frequency response 21 which is shown as a smooth curve in the diagram of 3a can be seen.

Beispielsweise ist der lokale Frequenzgang 21 eine laufende Mittelung des nicht gemittelten lokalen Frequenzgangs 20, oder der lokale Frequenzgang 21 wird durch Anwendung eines Rauschfilters auf den nicht gemittelten Frequenzgang 20 erhalten. Das Frequenzgangdiagramm zeigt außerdem einen Zielfrequenzgang 22, der ein gewünschter Frequenzgang ist. Schließlich zeigt das Frequenzgangdiagramm auch einen gefilterten Frequenzgang 28, der nach Anwendung zweier Kalibrierungsfilter in einem Equalizer 14 (in der Abbildung nicht dargestellt) des Lautsprechersystems erhalten wird. Im folgenden Abschnitt wird detailliert beschrieben, wie diese beiden Kalibrierungsfilter bestimmt werden.For example, the local frequency response 21 is a running average of the non-averaged local frequency response 20, or the local frequency response 21 is obtained by applying a noise filter to the non-averaged frequency response 20. The frequency response diagram also shows a target frequency response 22, which is a desired frequency response. Finally, the frequency response diagram also shows a filtered frequency response 28, which is obtained after applying two calibration filters in an equalizer 14 (not shown in the figure) of the loudspeaker system. The following section describes in detail how these two calibration filters are determined.

Ziel des Kalibrierungsverfahrens ist es, einen oder mehrere Kalibrierungsfilter zu implementieren, so dass ein gefilterter Frequenzgang 28 dem Zielfrequenzgang 22 innerhalb der Kalibrierungsverfahrensfrequenzgrenzen 33 so nahe wie möglich kommt, ohne dabei akustische Nullen zu kompensieren, die charakterisiert sind gesehen werden können als große Minima/Täler im lokalen Frequenzgang 21 äußern.The goal of the calibration procedure is to implement one or more calibration filters such that a filtered frequency response 28 is as close as possible to the target frequency response 22 within the calibration procedure frequency limits 33, without compensating for acoustic nulls that can be seen to manifest themselves as large minima/valleys in the local frequency response 21.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Differenzfrequenzgang 23, basierend auf einer Differenz zwischen dem lokalen Frequenzgang 21 und dem Zielfrequenzgang 22, bereitgestellt. 3b zeigt ein Frequenzgangdiagramm einschließlich dem Differenzfrequenzgang 23. In diesem Beispiel wird der Differenzfrequenzgang 23 durch Subtraktion des Zielfrequenzgangs 22 vom lokalen Frequenzgang 21 ermittelt. Als Nächstes werden innerhalb der Kalibrierungsverfahrensfrequenzgrenzen 33 eine Reihe von Frequenzbereichen identifiziert, und in dieser Ausführungsform der Erfindung werden diese basierend auf Nulldurchgängen des Differenzfrequenzgangs 23 identifiziert, d. h. basierend auf Frequenzen, bei denen der Differenzfrequenzgang 23 bei 0 dB liegt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden die Frequenzbereiche auf unterschiedliche Weise identifiziert.To carry out the method, a difference frequency response 23 is provided based on a difference between the local frequency response 21 and the target frequency response 22. 3b shows a frequency response diagram including the difference frequency response 23. In this example, the difference frequency response 23 is determined by subtracting the target frequency response 22 from the local frequency response 21. Next, a number of frequency ranges are identified within the calibration method frequency boundaries 33, and in this embodiment of the invention these are identified based on zero crossings of the difference frequency response 23, ie based on frequencies at which the difference frequency response 23 is at 0 dB. In other embodiments of the invention, the frequency ranges are identified in different ways.

Die Frequenzbereiche umfassen Ausschlussfrequenzbereiche 31, die mit großen Tälern/Minima im Differenzfrequenzgang 23 verbunden sind. Diese großen Täler stellen akustische Nullen dar, die durch destruktive Interferenzen von von den Lautsprechern 11 des Lautsprechersystems abgestrahltem Schall entstehen. Die Ausschlussfrequenzbereiche werden basierend auf einem Ausschlusskriterium ausgewählt. In dieser Ausführungsform ist das Ausschlusskriterium ein Kriterium basierend auf einer Schalldruckpegelschwelle 32, die -9 dB beträgt, aber in anderen Ausführungsformen der Erfindung können auch andere Ausschlusskriterien verwendet werden. Wenn ein Tal im Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs 23 unter -9 dB liegt, werden die entsprechenden Frequenzbereiche 31 zu einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen hinzugefügt. Diese Liste der Ausschlussfrequenzbereiche gibt vor, welche Frequenzbereiche nicht kompensiert werden müssen, d. h. wo kein Kalibrierungsfilter eingesetzt werden sollte. Die Frequenzbereiche umfassen ferner Filterfrequenzbereiche 30, die Frequenzbereiche sind, die Maxima und Minima im Differenzfrequenzgang 23 betreffen, die jedoch nicht die größten Minima, d. h. die ausgeschlossenen Frequenzbereiche 31, betreffen. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Ausschlussfilterfrequenzbereiche 31 und die Filterfrequenzbereiche 30 als nicht überlappend oder nicht schneidend dargestellt.The frequency ranges include exclusion frequency ranges 31 associated with large valleys/minima in the difference frequency response 23. These large valleys represent acoustic nulls caused by destructive interference of sound radiated by the loudspeakers 11 of the loudspeaker system. The exclusion frequency ranges are selected based on an exclusion criterion. In this embodiment, the exclusion criterion is a criterion based on a sound pressure level threshold 32 which is -9 dB, but in other embodiments of the invention, other exclusion criteria may be used. If a valley in the sound pressure level of the difference frequency response 23 is below -9 dB, the corresponding frequency ranges 31 are added to a list of exclusion frequency ranges. This list of exclusion frequency ranges specifies which frequency ranges do not need to be compensated, i.e. where no calibration filter should be used. The frequency ranges further include filter frequency ranges 30, which are frequency ranges relating to maxima and minima in the difference frequency response 23, but which not affect the largest minima, ie the excluded frequency ranges 31. In this embodiment of the invention, the exclusion filter frequency ranges 31 and the filter frequency ranges 30 are shown as non-overlapping or non-intersecting.

3c zeigt einen nächsten Schritt des Verfahrens, bei dem eine Zielfilterfrequenz 41 ausgewählt wird. Das Diagramm basiert auf demselben Diagramm wie in 2b gezeigt. Die Zielfilterfrequenz 41 wird basierend auf dem größten absoluten Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs 23 innerhalb der Kalibrierverfahrensfrequenzgrenzen 33 ausgewählt. Wie zu sehen, gehört diese Zielfilterfrequenz nicht zu einem Ausschlussfilterfrequenzbereich 31, wie in 3b identifiziert. Die Zielfilterfrequenz gibt eine zentrale Frequenz für ein zu implementierendes Kalibrierungsfilter 40 vor - in diesem Beispiel ist das zu implementierende Filter ein digitales Biquad-Filter. Typischerweise ist ein solches Kalibrierungsfilter durch eine zentrale Filterfrequenz, oder Zielfilterfrequenz 41, eine Filterverstärkung und einen Filtergütefaktor gekennzeichnet. Die Zielfilterfrequenz 41 wird als die Frequenz verwendet, bei der ein Kalibrierungsfilter implementiert werden soll. 3c shows a next step of the process in which a target filter frequency 41 is selected. The diagram is based on the same diagram as in 2b The target filter frequency 41 is selected based on the largest absolute sound pressure level of the difference frequency response 23 within the calibration method frequency limits 33. As can be seen, this target filter frequency does not belong to an exclusion filter frequency range 31 as in 3b identified. The target filter frequency specifies a central frequency for a calibration filter 40 to be implemented - in this example, the filter to be implemented is a digital biquad filter. Typically, such a calibration filter is characterized by a central filter frequency, or target filter frequency 41, a filter gain, and a filter quality factor. The target filter frequency 41 is used as the frequency at which a calibration filter is to be implemented.

Der Effekt des Kalibrierungsfilters 40 ist, den Differenzfrequenzgang 23 bei der Zielfilterfrequenz 41 so weit wie möglich zu reduzieren, d. h. sicherzustellen, dass der Differenzfrequenzgang 23 so nahe wie möglich bei 0 dB liegt. Das Kalibrierungsfilter 40 ist durch eine Filterverstärkung 42 gekennzeichnet, die in dieser Ausführungsform der Erfindung auf eine Magnitude eingestellt ist, die der Magnitude der zu filternden Maxima entspricht. Man beachte, dass die Filterverstärkung 42 der Magnitude der Maxima im zu korrigierenden Differenzfrequenzgang 23 entgegengesetzt ist. Das Kalibrierungsfilter 40 ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gütefaktor umfasst, der ein Verhältnis der Filterverstärkung 42 zu einer Bandbreite des Filters ist. In dieser Ausführungsform entspricht ein Kalibrierungsfilter 40 mit einem hohen Gütefaktor einem schmalen Filter in der Frequenz, und ein Kalibrierungsfilter mit einem niedrigen Gütefaktor entspricht einem breiten Filter in der Frequenz. Die Filterverstärkung 42 und Filtergütefaktor werden gewählt, eine Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang 24 und dem Zielfrequenzgang 22 zu minimieren.The effect of the calibration filter 40 is to reduce the difference frequency response 23 at the target filter frequency 41 as much as possible, i.e. to ensure that the difference frequency response 23 is as close to 0 dB as possible. The calibration filter 40 is characterized by a filter gain 42 which in this embodiment of the invention is set to a magnitude corresponding to the magnitude of the maxima to be filtered. Note that the filter gain 42 is opposite to the magnitude of the maxima in the difference frequency response 23 to be corrected. The calibration filter 40 is further characterized by comprising a quality factor which is a ratio of the filter gain 42 to a bandwidth of the filter. In this embodiment, a calibration filter 40 with a high quality factor corresponds to a narrow filter in frequency, and a calibration filter with a low quality factor corresponds to a wide filter in frequency. The filter gain 42 and filter quality factor are chosen to minimize a difference between the filtered frequency response 24 and the target frequency response 22.

3c zeigt den Effekt der Implementierung des Kalibrierungsfilters 40 bei der Zielfilterfrequenz 41. Ein gefilterter Differenzfrequenzgang 24 ist als Ergebnis der Implementierung des Kalibrierungsfilters 40 dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass das Filter den Differenzfrequenzgang 23 lokal bei der Zielfilterfrequenz 41 und bei Frequenzen in unmittelbarer Nähe der Zielfilterfrequenz 41 tatsächlich reduziert hat. 3c shows the effect of implementing the calibration filter 40 at the target filter frequency 41. A filtered difference frequency response 24 is shown as a result of implementing the calibration filter 40. The figure shows that the filter has actually reduced the difference frequency response 23 locally at the target filter frequency 41 and at frequencies in close proximity to the target filter frequency 41.

Das Kalibrierungsverfahren findet also eine bevorzugte Filterverstärkung 42 und Filtergütefaktor basierend auf einer Minimierungsprozedur, die ein Minimum in der Differenz zwischen einem resultierenden gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang anstreben, und implementieren ein entsprechendes Kalibrierungsfilter 40 in einem Equalizer des Lautsprechersystems. Eine Frequenzdarstellung des implementierten Kalibrierungsfilters 40 ist in der Abbildung gezeigt. Durch Subtraktion der Frequenzdarstellung des Kalibrierungsfilters 40 vom Differenzfrequenzgang 23 wird ein auf einem gefilterten Frequenzgang 24 basierender Differenzfrequenzgang erhalten, der in der Nähe der Zielfilterfrequenz näher bei einem Schalldruckpegel von Null liegt.The calibration method thus finds a preferred filter gain 42 and filter quality factor based on a minimization procedure that seeks a minimum in the difference between a resulting filtered frequency response and the target frequency response, and implements a corresponding calibration filter 40 in an equalizer of the loudspeaker system. A frequency representation of the implemented calibration filter 40 is shown in the figure. By subtracting the frequency representation of the calibration filter 40 from the difference frequency response 23, a difference frequency response based on a filtered frequency response 24 is obtained, which is closer to a sound pressure level of zero in the vicinity of the target filter frequency.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein zusätzliches Kalibrierungsfilter 40 implementiert. In 3d ist gezeigt, wie ein solches zusätzliches Kalibrierungsfilter 40 bei einer neuen Zielfilterfrequenz 41 knapp unterhalb von 50 Hz implementiert ist. Da diese Zielfilterfrequenz 41 einem Minimum des Differenzfrequenzgangs 23 zugeordneten Filterfrequenzbereich 30 zugeordnet ist, und dieses Minimum einen Schalldruckpegel aufweist, der nicht unterhalb der Schalldruckpegelschwelle 32 liegt, d.h. nicht einem Ausschlussfrequenzbereich zugeordnet ist, kann ein Kalibrierungsfilter 40 angewendet werden.In a preferred embodiment of the invention, at least one additional calibration filter 40 is implemented. In 3d shows how such an additional calibration filter 40 is implemented at a new target filter frequency 41 just below 50 Hz. Since this target filter frequency 41 is associated with a minimum of the filter frequency range 30 associated with the difference frequency response 23, and this minimum has a sound pressure level that is not below the sound pressure level threshold 32, ie is not associated with an exclusion frequency range, a calibration filter 40 can be applied.

Das Kalibrierungsfilter 40 von 3d wird in ähnlicher Weise bestimmt wie das in 3c gezeigte Kalibrierungsfilter, jedoch verwendet dieses Kalibrierungsfilter 40 eine kleinere Filterverstärkung 42, da das zu korrigierende Minimum im Differenzfrequenzgang 23 eine kleinere Amplitude hat als die Amplitude des Maximums, das mit dem vorherigen Kalibrierungsfilter kompensiert wurde. Außerdem wird das Filter mit einer positiven Verstärkung arrangiert, da die zu korrigierende Spitze ein Minimum und nicht wie beim vorherigen Filter ein Maximum ist.The calibration filter 40 from 3d is determined in a similar way to the 3c shown calibration filter, however, this calibration filter 40 uses a smaller filter gain 42 because the minimum to be corrected in the difference frequency response 23 has a smaller amplitude than the amplitude of the maximum compensated with the previous calibration filter. In addition, the filter is arranged with a positive gain because the peak to be corrected is a minimum and not a maximum as in the previous filter.

Nachdem die beiden Kalibrierungsfilter 40 implementiert wurden, wird ein gefilterte Frequenzgang 28 erhalten (siehe 3a). Wie in 3a zu sehen ist, liegt der gefilterte Frequenzgang 28 bei den für die beiden Kalibrierungsfilter verwendeten Zielfilterfrequenzen näher am Zielfrequenzgang 22 als der lokale Frequenzgang 21. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden zusätzliche Kalibrierungsfilter implementiert, so dass der gefilterte Frequenzgang 28 noch näher an den Zielfrequenzgang 22 herankommen kann.After the two calibration filters 40 have been implemented, a filtered frequency response 28 is obtained (see 3a) . As in 3a As can be seen, the filtered frequency response 28 is closer to the target frequency response 22 than the local frequency response 21 at the target filter frequencies used for the two calibration filters. In other embodiments of the invention, additional calibration filters are implemented so that the filtered frequency response 28 can come even closer to the target frequency response 22.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Vielzahl von Kalibrierungsfiltern 40 im Equalizer des Lautsprechersystems implementiert sind, kann ein gefilterter Frequenzgang 28, der nach Implementierung nach einem ersten Kalibrierungsfilter 40 erhalten wird, als neuer lokaler Frequenzgang verwendet werden, und aus diesem neuen lokalen Frequenzgang wird ein neuer Differenzfrequenzgang durch Subtraktion mit demselben Zielfrequenzgang berechnet. Der neu erhaltene Differenzfrequenzgang wird dann in ähnlicher Weise wie oben beschrieben analysiert, ein neues Kalibrierungsfilter wird in den Equalizer implementiert und ein neuer gefilterter Frequenzgang wird erhalten. Das Verfahren kann somit als ein rekursives Verfahren angesehen werden, bei dem ein gefilterter Frequenzgang als Eingabe (als ein lokaler Frequenzgang) verwendet wird und ein verbesserter gefilterter Frequenzgang, der näher am Zielfilterfrequenzgang liegt, erhalten wird.In other embodiments of the invention, in which a plurality of calibration filters 40 are implemented in the equalizer of the loudspeaker system, a filtered frequency response 28 obtained after implementation after a first calibration filter 40 can be used as a new local frequency response, and from this new local frequency response a new difference frequency response is calculated by subtraction with the same target frequency response. The newly obtained difference frequency response is then analyzed in a similar manner as described above, a new calibration filter is implemented in the equalizer and a new filtered frequency response is obtained. The method can thus be viewed as a recursive method in which a filtered frequency response is used as input (as a local frequency response) and an improved filtered frequency response closer to the target filter frequency response is obtained.

4 illustriert ein Flussdiagramm, das ein Kalibrierungsverfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschreibt. 4 illustrates a flowchart describing a calibration method according to embodiments of the invention.

Zunächst wird den Lautsprechern 11 des Lautsprechersystems, das sich in einer akustischen Umgebung 50 befindet, ein Audiotestsignal S1 zugeführt. In einem nächsten Schritt S2 emittiert die Lautsprecher 11 einen korrespondierenden Audiotestton, der von einem Mikrofon 12 einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung aufgenommen wird, um ein aufgenommenes Testsignal bereitzustellen (Schritt S3). Die elektronische Verarbeitungsvorrichtung in dieser Ausführungsform kann ein Smartphone sein, jedoch können auch andere elektronische Verarbeitungsvorrichtungen wie Tablets oder Computer wie Laptops in anderen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Basierend auf dem Audiotestsignal (Schritt S1) und dem aufgenommenen Testsignal (Schritt S3) wird ein lokaler Frequenzgang S4 bereitgestellt. Zusätzlich wird in einem Schritt S5 ein Zielfrequenzgang bereitgestellt. Der Zielfrequenzgang in diesem Beispiel basiert auf zusätzlichen Aufnahmen des Audiotestsignals, die an verschiedenen Aufnahmepositionen 51 innerhalb der akustischen Umgebung 50 durchgeführt wurden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird der Zielfrequenzgang 22 basierend auf einem Hilfsaudiotestton bereitgestellt, bei dem es sich um einen Ton handeln kann, der von einem oder mehreren Lautsprechern 11 emittiert wird und sich vom Audiotestton unterscheidet. In noch anderen Ausführungsformen der Erfindung wird der Zielfrequenzgang 22 basierend auf dem lokalen Frequenzgang 21 und/oder einem vorprogrammierten Frequenzgang bereitgestellt.First, an audio test signal S1 is supplied to the loudspeakers 11 of the loudspeaker system located in an acoustic environment 50. In a next step S2, the loudspeakers 11 emit a corresponding audio test tone, which is picked up by a microphone 12 of an electronic processing device to provide a recorded test signal (step S3). The electronic processing device in this embodiment may be a smartphone, but other electronic processing devices such as tablets or computers such as laptops may be used in other embodiments of the invention. Based on the audio test signal (step S1) and the recorded test signal (step S3), a local frequency response S4 is provided. In addition, a target frequency response is provided in a step S5. The target frequency response in this example is based on additional recordings of the audio test signal that were performed at different recording positions 51 within the acoustic environment 50. In other embodiments of the invention, the target frequency response 22 is provided based on an auxiliary audio test tone, which may be a tone emitted by one or more loudspeakers 11 and different from the audio test tone. In still other embodiments of the invention, the target frequency response 22 is provided based on the local frequency response 21 and/or a pre-programmed frequency response.

Als nächstes wird in einem Schritt S6 ein Differenzfrequenzgang 23 basierend auf einer Differenz zwischen dem in Schritt S4 bereitgestellten lokalen Frequenzgang 21 und dem in Schritt S5 bereitgestellten Zielfrequenzgang 22 ermittelt. Basierend auf dem Differenzfrequenzgang 23 werden in einem Schritt S7 die Filterfrequenzbereiche 30 und in einem Schritt S8 die Ausschlussfrequenzbereiche 31 ermittelt.Next, in a step S6, a difference frequency response 23 is determined based on a difference between the local frequency response 21 provided in step S4 and the target frequency response 22 provided in step S5. Based on the difference frequency response 23, the filter frequency ranges 30 are determined in a step S7 and the exclusion frequency ranges 31 are determined in a step S8.

Als nächstes wird in einem Schritt S9 eine Zielfilterfrequenz 41 innerhalb eines der identifizierten Filterfrequenzbereiche 30 ausgewählt. Danach wird in einem Schritt S10 ein Kalibrierungsfilter 40 bei die Zielfilterfrequenz 41 konfiguriert. Der Schritt des Konfigurierens des Kalibrierungsfilters 40 umfasst das Auswählen einer geeigneten Filterverstärkung 42 und eines Gütefaktors, so dass das Kalibrierungsfilter einen gefilterten Frequenzgang 28 bereitstellen kann, der dem Zielfrequenzgang 22 bei der Zielfilterfrequenz 41 am nächsten kommt. Dieser Schritt der Konfiguration des Kalibrierungsfilters 40 durch Auswahl eines geeigneten Gütefaktors wird basierend auf einer Minimierungsprozedur durchgeführt, die nach dem Gütefaktor sucht, für den die Differenz zwischen dem resultierenden gefilterten Frequenzgang 28 und dem Zielfrequenzgang 22 so weit wie möglich minimiert wird. Das Minimierungsverfahren wird durch einen Suchalgorithmus durchgeführt, der nach einem optimalen Gütefaktor bzw. Q-Wert sucht. In diesem Beispiel basiert das Kalibrierungsfilter 40 auf einem digitalen Biquad-Filter. So wird in Schritt S11 ein gefilterter Frequenzgang basierend auf dem konfigurierten Kalibrierungsfilter 40 bereitgestellt.Next, in a step S9, a target filter frequency 41 is selected within one of the identified filter frequency ranges 30. Thereafter, in a step S10, a calibration filter 40 is configured at the target filter frequency 41. The step of configuring the calibration filter 40 includes selecting an appropriate filter gain 42 and a quality factor so that the calibration filter can provide a filtered frequency response 28 that is closest to the target frequency response 22 at the target filter frequency 41. This step of configuring the calibration filter 40 by selecting an appropriate quality factor is performed based on a minimization procedure that searches for the quality factor for which the difference between the resulting filtered frequency response 28 and the target frequency response 22 is minimized as much as possible. The minimization procedure is performed by a search algorithm that searches for an optimal quality factor or Q value. In this example, the calibration filter 40 is based on a digital biquad filter. Thus, in step S11, a filtered frequency response based on the configured calibration filter 40 is provided.

Anschließend wird das konfigurierte Kalibrierungsfilter 40 in einem Equalizer des Lautsprechersystems in einem Schritt S12 implementiert.Subsequently, the configured calibration filter 40 is implemented in an equalizer of the loudspeaker system in a step S12.

Einige Ausführungsformen der Erfindung basieren auf Iterationen einiger der zuvor genannten Schritte, und diese Ausführungsformen betreffen die Implementierung einer Vielzahl von Kalibrierungsfiltern 40. In einigen dieser Ausführungsformen wird, nachdem ein gefilterter Frequenzgang bereitgestellt wurde (Schritt S11), der Differenzfrequenzgang S6 aktualisiert, indem der Differenzfrequenzgang, der in Schritt S6 bereitgestellt wurde, auf einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang, der in Schritt S5 bereitgestellt wurde, und dem gefilterten Frequenzgang, der in Schritt S11 bereitgestellt wurde, basiert, anstatt auf einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang, der in Schritt S5 bereitgestellt wurde, und dem lokalen Frequenzgang, der in Schritt S4 bereitgestellt wurde. Basierend hierauf kann ein neuer Satz von Filterparametern gefunden werden, ein zusätzliches Kalibrierungsfilter kann in den Equalizer implementiert werden, und der gefilterte Frequenzgang kann aktualisiert werden. Dieser Vorgang kann iterativ beliebig oft wiederholt werden.Some embodiments of the invention are based on iterations of some of the aforementioned steps, and these embodiments relate to the implementation of a plurality of calibration filters 40. In some of these embodiments, after a filtered frequency response has been provided (step S11), the difference frequency response S6 is updated by basing the difference frequency response provided in step S6 on a difference between the target frequency response provided in step S5 and the filtered frequency response provided in step S11, rather than on a difference between the target frequency response provided in step S5 and the local frequency response provided in step S4. Based on this, a new set of filter parameters can be found, an additional calibration filter can be implemented in the equalizer, and the filtered frequency response can be updated. This process can be repeated iteratively as many times as desired.

Wenn ein oder mehrere Kalibrierungsfilter in den Equalizer implementiert wurden, ist das Lautsprechersystem bereit, in einem Schritt S13 ein Eingangsaudiosignal 60 zu empfangen, das gemäß dem einen oder den mehreren Kalibrierungsfiltern 40, die in den Equalizer des Lautsprechersystems implementiert sind, gefiltert wird, um ein gefiltertes Audiosignal bereitzustellen, das von einem oder mehreren Lautsprechern 11 als Schall emittiert wird. Dadurch wird eine Wiedergabe eines Eingangsaudiosignals 60 erzielt, die die Akustik der akustischen Umgebung 50 berücksichtigt, ohne die Lautsprecher 11 zu übersteuern, um akustische Nullen in der akustischen Umgebung 50 zu kompensieren.If one or more calibration filters have been implemented in the equalizer, the sound speaker system is prepared to receive, in a step S13, an input audio signal 60 which is filtered according to the one or more calibration filters 40 implemented in the equalizer of the speaker system to provide a filtered audio signal emitted as sound by one or more speakers 11. This achieves a reproduction of an input audio signal 60 which takes into account the acoustics of the acoustic environment 50 without overdriving the speakers 11 to compensate for acoustic nulls in the acoustic environment 50.

5a-b illustrieren Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Benutzer 70 des Lautsprechersystems eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung, z.B. ein Smartphone-Gerät 18, zur Steuerung des Kalibrierungsverfahrens, wie oben im Detail beschrieben, verwenden kann. 5a -b illustrate embodiments of the invention in which a user 70 of the loudspeaker system may use an electronic processing device, e.g. a smartphone device 18, to control the calibration process as described in detail above.

Wie in 5a zu sehen ist, umfasst das Lautsprechersystem einen Lautsprechersystem-Controller 19, der Verstärker 13, einen Equalizer 14 und einen internen Audiosignalprozessor 15 umfasst. Der Lautsprecher-Controller 19 ist angeordnet, ein im Equalizer 14 zu filterndes, in den Verstärkern 13 zu verstärkendes und von den Lautsprechern 11 auszugebendes Eingangsaudiosignal 60 zu empfangen.As in 5a As can be seen, the loudspeaker system comprises a loudspeaker system controller 19 which comprises amplifiers 13, an equalizer 14 and an internal audio signal processor 15. The loudspeaker controller 19 is arranged to receive an input audio signal 60 to be filtered in the equalizer 14, amplified in the amplifiers 13 and output from the loudspeakers 11.

In dieser Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren von einem Benutzer 70 über ein Smartphone-Gerät 18 gesteuert. Der Benutzer 70 des Lautsprechersystems initialisiert das Kalibrierungsverfahren mithilfe eines Smartphone-Geräts 18, z.B. durch Drücken einer Taste auf einem Bildschirm des Smartphone-Geräts 18. Die Anweisung zur Initialisierung des Kalibrierungsverfahrens kann ist von einer Kommunikationsschnittstelle 17 des Lautsprechersystem-Controllers 19 empfangen werden, was eine drahtlose Kommunikation mit dem Smartphone-Gerät 18 ermöglicht. Das Smartphone-Gerät 18 kann den Benutzer 70 auffordern, sich an einer oder mehreren Aufnahmepositionen 51 (nicht dargestellt) innerhalb der akustischen Umgebung 50 zu positionieren, um einen Zielfrequenzgang 22 zu erstellen, indem ein oder mehrere Aufnahmepositionsfrequenzgänge 25 durch Aufnahmen eines Audiotesttons mithilfe des Mikrofons 12 des Smartphone-Geräts 18 ermittelt werden.In this embodiment of the invention, the calibration method according to the invention is controlled by a user 70 via a smartphone device 18. The user 70 of the loudspeaker system initializes the calibration method using a smartphone device 18, e.g. by pressing a button on a screen of the smartphone device 18. The instruction to initialize the calibration method can be received from a communication interface 17 of the loudspeaker system controller 19, which enables wireless communication with the smartphone device 18. The smartphone device 18 can prompt the user 70 to position himself at one or more recording positions 51 (not shown) within the acoustic environment 50 to create a target frequency response 22 by determining one or more recording position frequency responses 25 by recording an audio test tone using the microphone 12 of the smartphone device 18.

Das Smartphone-Gerät 18 fordert dann den Benutzer 70 auf, sich an einer Hörposition 52 zu positionieren, die repräsentativ für eine Position ist, an der der Benutzer typischerweise positioniert ist, wenn er Ton, z. B. Musik, aus dem Lautsprechersystem anhört. Basierend auf einer Aufnahme eines Audiotestsignals durch das Smartphone-Gerät 18 wird ein lokaler Frequenzgang 21 erzeugt, und das Verfahren fährt mit der Implementierung eines Kalibrierungsfilters 40 in den Equalizer 14 des Lautsprechersystems fort, wie oben beschrieben.The smartphone device 18 then prompts the user 70 to position themselves at a listening position 52 that is representative of a position where the user is typically positioned when listening to sound, e.g., music, from the speaker system. Based on a recording of an audio test signal by the smartphone device 18, a local frequency response 21 is generated and the method proceeds with implementation of a calibration filter 40 into the equalizer 14 of the speaker system, as described above.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung unterscheidet sich das Audiotestsignal oder Hilfsaudiotestsignal, das für die Ermittlung von Aufnahmepositionsfrequenzgängen 25 zur Ermittlung eines Zielfrequenzgangs 22 verwendet wird, von dem Audiotestton, der verwendet wird, um den lokalen Frequenzgangs 21 zu erhalten.In other embodiments of the invention, the audio test signal or auxiliary audio test signal used to determine pickup position frequency responses 25 to determine a target frequency response 22 is different from the audio test tone used to obtain the local frequency response 21.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird der Zielfrequenzgang auf eine andere Weise bereitgestellt, wie auch auf der Basis eines vorprogrammierten Frequenzgangs, den der Benutzer 70 auf dem Smartphone-Gerät 18 auswählen kann. Zum Beispiel kann der Benutzer auf dem Smartphone-Gerät einen vorprogrammierten Frequenzgang auswählen, der für eine bestimmte Art von Musik geeignet ist, und dieser vorprogrammierte Frequenzgang kann dann auf der Basis von Aufnahmen an einen Zielfrequenzgang angepasst werden.In other embodiments of the invention, the target frequency response is provided in a different manner, such as based on a pre-programmed frequency response that the user 70 can select on the smartphone device 18. For example, the user can select a pre-programmed frequency response on the smartphone device that is suitable for a particular type of music, and this pre-programmed frequency response can then be adjusted to a target frequency response based on recordings.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst das Smartphone-Gerät 18 einen externen Audiosignalprozessor 16 (extern zum Lautsprechersystem), angeordnet, die Verarbeitung von vom Mikrofon 12 aufgenommenem Schall durchzuführen. Die Schritte des Verfahrens, wie oben beschrieben, können in beliebiger Weise zwischen dem externen Audiosignalprozessor 16 und dem internen Audiosignalprozessor 15 durchgeführt werden. In Ausführungsformen verwendend mehrere Prozessoren, wie in 5a gezeigt, sind die Prozessoren kommunikativ verbunden, z. B. umfassen sowohl das Smartphone-Gerät 18 als auch der Lautsprechersystem-Controller 19 eine Kommunikationsschnittstelle 17, die eine drahtlose Kommunikation zwischen den Geräten ermöglicht.According to this embodiment of the invention, the smartphone device 18 comprises an external audio signal processor 16 (external to the speaker system) arranged to perform the processing of sound picked up by the microphone 12. The steps of the method as described above can be performed in any manner between the external audio signal processor 16 and the internal audio signal processor 15. In embodiments using multiple processors as in 5a As shown, the processors are communicatively connected, e.g., both the smartphone device 18 and the speaker system controller 19 include a communication interface 17 that enables wireless communication between the devices.

Der Verfahrensschritt, der einen Differenzfrequenzgang 21 erstellt, kann in einigen Ausführungsformen mit dem Smartphone-Gerät 18 und in einigen anderen Ausführungsformen mit dem Lautsprechersystem-Controller 19 durchgeführt werden.The method step that creates a difference frequency response 21 may be performed with the smartphone device 18 in some embodiments and with the speaker system controller 19 in some other embodiments.

5b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Lautsprechersystem einen einzelnen aktiven Lautsprecher 80 umfasst. Der aktive Lautsprecher 80 umfasst einen Audioverstärker 13, einen Equalizer 14, einen internen Audiosignalprozessor 15 und eine Wandlereinheit 81, die die Komponente des aktiven Lautsprechers ist, die ein Audiosignal in akustischen Schall umwandelt, indem sie z.B. eine Lautsprechermembran verwendet, die von einer Schwingspule betätigt wird. Er umfasst ferner eine Kommunikationsschnittstelle 17, die die Kommunikation mit einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung, z. B. einem Smartphone-Gerät 18, das von einem Benutzer 70 des Lautsprechersystems gesteuert wird, ermöglicht. Der aktive Lautsprecher kann somit in ähnlicher Weise funktionieren wie das in der Ausführungsform von 5a beschriebene Lautsprechersystem, und das Verfahren zur Implementierung von Kalibrierungsfiltern 40 in den Equalizer 14 ist identisch. 5b shows a further embodiment of the invention, in which the loudspeaker system comprises a single active loudspeaker 80. The active loudspeaker 80 comprises an audio amplifier 13, an equalizer 14, an internal audio signal processor 15 and a converter unit 81, which is the component of the active loudspeaker that converts an audio signal into acoustic sound, e.g. by using a loudspeaker membrane actuated by a voice coil. It further comprises a communication interface 17 that enables communication with an electronic processing device, e.g. a smartphone device 18, operated by a user 70 of the loudspeaker. The active loudspeaker can thus function in a similar way to the one in the embodiment of 5a described loudspeaker system, and the method for implementing calibration filters 40 in the equalizer 14 is identical.

In der in 5b gezeigten Ausführungsform können die Schritte des Verfahrens der Erfindung in beliebiger Weise auf einen externen Audiosignalprozessor 16 des Smartphone-Geräts 18 und einen internen Audiosignalprozessor 15 des aktiven Lautsprechers 80 verteilt werden. Beispielsweise kann die Kalibrierung durch den Benutzer initialisiert werden, und der Audiotestton kann durch ein Mikrofon 12 des Smartphone-Geräts 18 aufgenommen werden, um ein aufgenommenes Testsignal zu erzeugen, das an den internen Audiosignalprozessor 15 des aktiven Lautsprechers 80 übermittelt wird, in dem die verbleibenden Schritte des Verfahrens durchgeführt werden, um schließlich mindestens ein Kalibrierungsfilter in dem Equalizer 14 zu implementieren.In the 5b In the embodiment shown, the steps of the method of the invention can be distributed in any way between an external audio signal processor 16 of the smartphone device 18 and an internal audio signal processor 15 of the active loudspeaker 80. For example, the calibration can be initiated by the user and the audio test tone can be picked up by a microphone 12 of the smartphone device 18 to generate a picked up test signal that is transmitted to the internal audio signal processor 15 of the active loudspeaker 80, in which the remaining steps of the method are performed to finally implement at least one calibration filter in the equalizer 14.

In einigen iterativen Ausführungsformen der Erfindung wird vor jeder Implementierung eines Kalibrierungsfilters ein Audiotestsignal an das Lautsprechersystem angelegt.In some iterative embodiments of the invention, an audio test signal is applied to the loudspeaker system prior to each implementation of a calibration filter.

Liste der Bezugszeichen:List of reference symbols:

1111
LautsprecherSpeakers
1212
Mikrofonmicrophone
1313
AudioverstärkerAudio amplifier
1414
EqualizerEqualizer
1515
interner Audiosignalprozessorinternal audio signal processor
1616
externer Audiosignalprozessorexternal audio signal processor
1717
KommunikationsschnittstelleCommunication interface
1818
Smartphone-GerätSmartphone device
1919
Lautsprechersystem-ControllerSpeaker system controller
2020
nicht gemittelter lokaler Frequenzgangnon-averaged local frequency response
2121
lokaler Frequenzganglocal frequency response
2222
ZielfrequenzgangTarget frequency response
2323
DifferenzfrequenzgangDifference frequency response
2424
gefilterter Differenzfrequenzgangfiltered difference frequency response
2525
AufnahmepositionsfrequenzgangRecording position frequency response
2626
Mittelwert der AufnahmepositionsfrequenzgängeAverage of the recording position frequency responses
2727
Mittelwert der AufnahmepositionsfrequenzgängeAverage of the recording position frequency responses
2828
gefilterter Frequenzgangfiltered frequency response
3030
FilterfrequenzbereichFilter frequency range
3131
AusschlussfrequenzbereichCutoff frequency range
3232
SchalldruckpegelschwelleSound pressure level threshold
3333
KalibrierungsverfahrensfrequenzgrenzeCalibration procedure frequency limit
4040
KalibrierungsfilterCalibration filter
4141
ZielfilterfrequenzTarget filter frequency
4242
Amplitude der FilterverstärkungAmplitude of the filter gain
5050
akustische Umgebungacoustic environment
5151
AufnahmepositionRecording position
5252
HörpositionListening position
6060
EingangsaudiosignalInput audio signal
7070
Benutzeruser
8080
aktiver Lautsprecheractive speaker
8181
WandlereinheitConverter unit
S1-S13S1-S13
Schritte des Kalibrierungsverfahrens im FlussdiagrammSteps of the calibration procedure in the flow chart

Claims (30)

Verfahren zum Kalibrieren eines Lautsprechersystems in einer akustischen Umgebung (50); wobei das Lautsprechersystem mindestens einen Lautsprecher (11), einen Audioverstärker (13), einen Equalizer (14) und einen Audiosignalprozessor (15, 16) umfasst; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: S2: Anlegen eines Audiotestsignals an das Lautsprechersystem, um einen Audiotestton in der akustischen Umgebung (50) zu erzeugen, S3: Aufnehmen des Audiotesttons an einer Hörposition (52) in der akustischen Umgebung (50), um ein aufgenommenes Testsignal zu erhalten, und S4: Bereitstellen eines lokalen Frequenzgangs (21) basierend auf dem aufgenommenen Testsignal; S5: Bereitstellen eines Zielfrequenzgangs (22) für den mindestens einen Lautsprecher (11) in der akustischen Umgebung (50); S6: Erstellen eines Differenzfrequenzgangs (23) basierend auf einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang (22) und dem lokalen Frequenzgang (21); S7: Erzeugen einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, die Minima des lokalen Frequenzgangs (21) zugeordnet sind, basierend auf einem Ausschlusskriterium; S8: Identifizieren eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche, die Minima und/oder Maxima des Differenzfrequenzgangs (23) zugeordnet sind, wobei sich die Filterfrequenzbereiche nicht mit den Ausschlussfrequenzbereichen überlappen; S9: Auswählen einer Zielfilterfrequenz (41), ausgewählt aus den identifizierten Filterfrequenzbereichen; und S10: Implementieren eines mit der Zielfilterfrequenz (41) in Beziehung stehenden Kalibrierungsfilters (40) in dem Equalizer (14), um einen gefilterten Frequenzgang bereitzustellen, wobei das Kalibrierungsfilter (40) angeordnet ist, eine Differenz zwischen dem gefilterten Frequenzgang und dem Zielfrequenzgang (22) zu reduzieren. Method for calibrating a loudspeaker system in an acoustic environment (50); wherein the loudspeaker system comprises at least one loudspeaker (11), an audio amplifier (13), an equalizer (14) and an audio signal processor (15, 16); wherein the method comprises the following steps: S2: applying an audio test signal to the loudspeaker system to generate an audio test tone in the acoustic environment (50), S3: recording the audio test tone at a listening position (52) in the acoustic environment (50) to obtain a recorded test signal, and S4: providing a local frequency response (21) based on the recorded test signal; S5: providing a target frequency response (22) for the at least one loudspeaker (11) in the acoustic environment (50); S6: creating a difference frequency response (23) based on a difference between the target frequency response (22) and the local frequency response (21); S7: generating a list of exclusion frequency ranges associated with minima of the local frequency response (21) based on an exclusion criterion; S8: identifying one or more filter frequency ranges associated with minima and/or maxima of the difference frequency response (23), wherein the filter frequency ranges do not overlap with the exclusion frequency ranges; S9: selecting a target filter frequency (41) selected from the identified filter frequency ranges and S10: implementing a calibration filter (40) related to the target filter frequency (41) in the equalizer (14) to provide a filtered frequency response, the calibration filter (40) being arranged to reduce a difference between the filtered frequency response and the target frequency response (22). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufnehmens des Audiotesttons an einer Hörposition (52) in der akustischen Umgebung (50) das Aufnehmen des Audiotesttons unter Verwendung einer elektronischen Verarbeitungsvorrichtung (18) umfassend ein Mikrofon (12) umfasst.Procedure according to Claim 1 wherein the step of recording the audio test tone at a listening position (52) in the acoustic environment (50) comprises recording the audio test tone using an electronic processing device (18) comprising a microphone (12). Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Zielfrequenzgang (22) auf einem vorbestimmten Frequenzgang basiert.Procedure according to Claim 1 or Claim 2 , wherein the target frequency response (22) is based on a predetermined frequency response. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zielfrequenzgang (22) von einem Benutzer (70) des Lautsprechersystems definiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the target frequency response (22) is defined by a user (70) of the loudspeaker system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zielfrequenzgang (22) auf einer Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons basiert.Method according to one of the preceding claims, wherein the target frequency response (22) is based on a recording of an auxiliary audio test tone. Verfahren nach Anspruch 5, wobei es die Aufnahme eines Hilfsaudiotesttons eine Abstandsmessung ist.Procedure according to Claim 5 , where the recording of an auxiliary audio test tone is a distance measurement. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zielfrequenzgang (22) auf einer Vielzahl von Aufnahmen des Hilfsaudiotesttons basiert.Procedure according to Claim 5 , wherein the target frequency response (22) is based on a plurality of recordings of the auxiliary audio test tone. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Hilfsaudiotestton der Audiotestton ist.Procedure according to Claim 5 , where the auxiliary audio test tone is the audio test tone. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausschlusskriterium eine Schalldruckpegelschwelle (32) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the exclusion criterion comprises a sound pressure level threshold (32). Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs (21) zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugewiesen wird, wenn ein Absolutwert eines Schalldruckpegels des Differenzfrequenzgangs (23) die Schalldruckpegelschwelle (32) innerhalb des Frequenzbereichs überschreitet.Procedure according to Claim 9 , wherein a frequency range associated with a minimum of the local frequency response (21) is assigned to the list of exclusion frequency ranges if an absolute value of a sound pressure level of the difference frequency response (23) exceeds the sound pressure level threshold (32) within the frequency range. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schalldruckpegelschwelle (32) ein Schwellenwert im Bereich von 2 dB bis 20 dB ist.Procedure according to Claim 10 , wherein the sound pressure level threshold (32) is a threshold value in the range of 2 dB to 20 dB. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs (21) zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugeordnet wird, wenn eine dem Minimum zugeordnete Frequenzbreite einen Frequenzbreitenschwellenwert überschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein a frequency range associated with a minimum of the local frequency response (21) is assigned to the list of exclusion frequency ranges if a frequency width associated with the minimum exceeds a frequency width threshold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Frequenzbereich, der einem Minimum des lokalen Frequenzgangs (21) zugeordnet ist, der Liste der Ausschlussfrequenzbereiche zugeordnet wird, wenn ein integrierter dem Minimum zugeordneter Schalldruckpegel einen Schwellenwert für den integrierten Schalldruckpegel überschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein a frequency range associated with a minimum of the local frequency response (21) is assigned to the list of exclusion frequency ranges if an integrated sound pressure level associated with the minimum exceeds a threshold value for the integrated sound pressure level. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ausschlusskriterium ein Frequenzintervall umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the exclusion criterion comprises a frequency interval. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Frequenzintervall Frequenzen im Bereich von 10 Hz bis 500 Hz umfasst.Procedure according to Claim 14 , where the frequency interval covers frequencies in the range of 10 Hz to 500 Hz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Endpunkte der Ausschlussfrequenzbereiche auf Nulldurchgängen des Differenzfrequenzgangs (23) basieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the end points of the exclusion frequency ranges are based on zero crossings of the difference frequency response (23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Endpunkte der Filterfrequenzbereiche auf Nulldurchgängen des Differenzfrequenzgangs (23) basieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the end points of the filter frequency ranges are based on zero crossings of the difference frequency response (23). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zielfilterfrequenz (41) innerhalb eines ausgewählten Filterfrequenzbereichs des einen oder der mehreren Filterfrequenzbereiche liegt und eine zentrale Frequenz eines Maximums oder Minimums des Differenzfrequenzgangs (23) innerhalb des ausgewählten Filterfrequenzbereichs ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the target filter frequency (41) is within a selected filter frequency range of the one or more filter frequency ranges and is a central frequency of a maximum or minimum of the difference frequency response (23) within the selected filter frequency range. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsfilter (40) ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist.A method according to any preceding claim, wherein the calibration filter (40) is an infinite impulse response filter. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsfilter (40) ein Biquad-Filter ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the calibration filter (40) is a biquad filter. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsfilter (40) eine Filterverstärkung aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the calibration filter (40) has a filter gain. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Filterverstärkung auf einem Schalldruckpegel des Differenzfrequenzgangs (23) bei der Zielfilterfrequenz (41) basiert.Procedure according to Claim 21 , wherein the filter gain is based on a sound pressure level of the difference frequency response (23) at the target filter frequency (41). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierungsfilter (40) einen Filtergütefaktor umfasst.A method according to any preceding claim, wherein the calibration filter (40) comprises a filter quality factor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Filtergütefaktor basierend auf einer Minimierung einer Differenz zwischen dem Zielfrequenzgang (22) und dem gefilterten Frequenzgang ausgewählt wird.A method according to any preceding claim, wherein the filter quality factor is selected based on minimizing a difference between the target frequency response (22) and the filtered frequency response. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Minimierung innerhalb eines Filterfrequenzbereichs (30) durchgeführt wird, der die Zielfilterfrequenz (41) umfasst.Procedure according to Claim 24 , wherein the minimization is carried out within a filter frequency range (30) which includes the target filter frequency (41). Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Minimierung durch einen Suchalgorithmus durchgeführt wird.Procedure according to Claim 25 , where the minimization is performed by a search algorithm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Auswählens einer Hilfszielfilterfrequenz innerhalb eines ausgewählten Ausschlussfrequenzbereichs umfasst, und wobei die Hilfszielfilterfrequenz eine zentrale Frequenz eines Minima des lokalen Frequenzgangs (21) innerhalb des ausgewählten Ausschlussfrequenzbereichs ist, und wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Implementierens eines mit der Hilfszielfilterfrequenz in Beziehung stehenden Hilfskalibrierungsfilters in dem Equalizer (14) umfasst.A method according to any preceding claim, wherein the method further comprises a step of selecting an auxiliary target filter frequency within a selected cutoff frequency range, and wherein the auxiliary target filter frequency is a central frequency of a minima of the local frequency response (21) within the selected cutoff frequency range, and wherein the method further comprises a step of implementing an auxiliary calibration filter related to the auxiliary target filter frequency in the equalizer (14). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Bereitstellens eines Eingangsaudiosignals (60) und des Filterns des Eingangsaudiosignals (60) unter Verwendung des Kalibrierungsfilters (40) umfasst, um ein gefiltertes Audiosignal bereitzustellen, das von dem Lautsprechersystem wiedergegeben werden soll.A method according to any preceding claim, wherein the method further comprises a step of providing an input audio signal (60) and filtering the input audio signal (60) using the calibration filter (40) to provide a filtered audio signal to be reproduced by the speaker system. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Schritte, ausgewählt aus den Schritten des Anlegens (S2) eines Audiotestsignals, des Aufnehmens (S3) des Audiotestsignals, des Bereitstellens (S4) eines lokalen Frequenzgangs (21), des Bereitstellens (S5) eines Zielfrequenzgangs (22), des Erstellens (S6) eines Differenzfrequenzgangs (23), des Erzeugens (S7) einer Liste von Ausschlussfrequenzbereichen, des Identifizierens (S8) eines oder mehrerer Filterfrequenzbereiche, des Auswählens (S9) einer Zielfilterfrequenz (41) und des Implementierens (S10) eines Kalibrierungsfilters (40), mehrmals durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein one or more steps selected from the steps of applying (S2) an audio test signal, recording (S3) the audio test signal, providing (S4) a local frequency response (21), providing (S5) a target frequency response (22), creating (S6) a difference frequency response (23), generating (S7) a list of exclusion frequency ranges, identifying (S8) one or more filter frequency ranges, selecting (S9) a target filter frequency (41) and implementing (S10) a calibration filter (40) are carried out several times. Lautsprechersystem umfassend: mindestens einen Lautsprecher (11), einen Audioverstärker (13), einen Equalizer (14) und einen Audiosignalprozessor (15, 16), wobei das Lautsprechersystem eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen.Loudspeaker system comprising: at least one loudspeaker (11), an audio amplifier (13), an equalizer (14) and an audio signal processor (15, 16), wherein the loudspeaker system is configured to carry out the method according to one of the preceding claims.
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