DE102023121104A1

DE102023121104A1 - Verfahren und system zur verarbeitung digitaler audiosignale zur verbesserung der wiedergabe niedriger frequenzen

Info

Publication number: DE102023121104A1
Application number: DE102023121104.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Eller; Paul GAGNEUR
Original assignee: Faurecia Clarion Electronics Europe S A S; Faurecia Clarion Electronics Europe SAS
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Europe S A S; Faurecia Clarion Electronics Europe SAS
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2023-08-08
Publication date: 2024-02-29
Also published as: FR3139262A1; CN117641199A; US20240073602A1

Abstract

Dieses Verfahren wird in einem Audiosystem implementiert, das einen Wandler (8) mit einem magnetischen Element umfasst, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des Audiosignals zu erzeugen. Das Verfahren wird durch eine oder mehrere Verarbeitungsketten (101bis 103) implementiert, umfassend: eine Hochpassfilterung des digitalen Audiosignals mit einer Frequenz größer oder gleich 10 Hz und kleiner als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers;ein erstes Kuhschwanzfilter mit einem ersten vorgegebenen Verstärkungsfaktor; eine Schätzung eines Auslenkungswertes des Wandlers für das Signal, das nach dem Anlegen des ersten Kuhschwanzfilters erhalten wird; wenn der geschätzte Auslenkungswert des Wandlers den maximalen Auslenkungswert überschreitet, eine Berechnung einer zweiten Verstärkungsfaktors, der niedriger als die erste Verstärkung ist, und eine zweite Low-Shelf-Filterung mit einer Verstärkung, die gleich der zweiten berechneten Verstärkung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen und ein zugehöriges System zur Verarbeitung digitaler Audiosignale.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Audiosystemen und insbesondere von Audiosystemen für Fahrzeuge, insbesondere für Personenbeförderungsfahrzeuge.
Bei dieser Art von Audiosystem ist es bekannt, verschiedene Arten von Wandlern zu verwenden, um die Wiedergabe von Audiosignalen zu fördern, zum Beispiel zum Hören von Musik. Derartige Wandler umfassen Lautsprecher, die als Reaktion auf ein am Eingang angelegtes elektrisches Signal eine Schallwelle erzeugen, die in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs integriert sind, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, oder in den Sitz der Kopfstütze integriert sind, um die Klangqualität für jeden Benutzer zu verbessern. Darüber hinaus wurde auch vorgeschlagen, Schwingungserzeuger, die auch Wandler sind, in Sitze, zum Beispiel Kraftfahrzeugsitze, zu integrieren, um das Benutzererlebnis zu verbessern, indem die Klangwiedergabe von entsprechenden Vibrationen begleitet wird.
Ein derartiger Wandler umfasst ein magnetisches Element, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des als Eingangssignal zugeführten Audiosignals zu erzeugen. Zum Beispiel besteht bei einem Lautsprecher das magnetische Element aus einer Spule, in der ein elektrischer Strom geleitet wird, der in ein Magnetfeld eingetaucht ist, das durch Polschuhe und einen Magneten erzeugt wird, wobei der Lautsprecher ferner eine mit der Spule verbundene Membran umfasst, deren Schwingungen die freigesetzte Schallwelle erzeugen. Die Bewegung der Membran hat in Bezug auf ihre Gleichgewichtslage eine Bewegungsamplitude, auch Auslenkung genannt. Für einen Betrieb unter guten Bedingungen ist eine maximale Auslenkung vordefiniert. Die Wiedergabe der niedrigen Frequenzen des Audiosignals durch einen solchen Wandler ist durch eine für jeden Wandler spezifische Grenzfrequenz begrenzt.
Mit dem Ziel, die Qualität der Klangwiedergabe für den Benutzer zu verbessern, wurde vorgeschlagen, den Pegel des Audiosignals bei niedrigen Frequenzen durch geeignete Filterung des Audiosignals, analog oder digital, künstlich zu erhöhen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Verstärkung des Signalpegels in den niedrigen Frequenzen eine beträchtliche Erhöhung der Auslenkung des Wandlers zur Folge hat, was die Gefahr des Erreichens des maximalen Auslenkungswertes des Wandlers und die daraus resultierende Beschädigung oder den Bruch der Membran in sich birgt, wenn die Lautstärke durch den Benutzer erhöht wird. Dieses Risiko ist umso größer, wenn der Wandler, zum Beispiel der Lautsprecher, klein ist, was bei Wandlern der Fall ist, die in eine Kopfstütze eines Sitzes oder in ein Mobiltelefon integriert sind.
Daher ist es nützlich, Verfahren zur Verbesserung der Klangwiedergabe zu entwickeln, während gleichzeitig gegen übermäßige Auslenkungen der Membran des Wandlers vorgegangen wird.
Insbesondere schlägt das Patent EP 2 571 286 B1 eine Technik zur dynamischen Verstärkung niedriger Frequenzen in einer Klangwiedergabeanlage vor, indem eine Verstärkungsfilterung vom Typ Kuhschwanzfilter oder „Low-Shelf“-Filter angewendet wird, dessen Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von einem geschätzten Auslenkungswert des Lautsprechers berechnet wird, um eine zu starke Auslenkung der Membran des Lautsprechers zu vermeiden. Somit ermöglicht das in diesem Patent vorgeschlagene Verfahren die Berechnung eines geeigneten Verstärkungsfaktors, und dieser Verstärkungsfaktor wird auf alle niedrigen Frequenzen des Audiosignals angelegt. Dieses Verfahren erhöht jedoch den Pegel einschließlich sehr niedriger Frequenzen, die zur Auslenkung der Membran des Wandlers beitragen, während sie für einen Benutzer kaum hörbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Wiedergabe der niedrigen Frequenzen des Audiosignals weiter zu verbessern, während der Wandler vor einer möglichen Beeinträchtigung geschützt wird.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung gemäß einem ersten Gesichtspunkt ein Verfahren zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen vor, das in einem Audiosystem implementiert ist, das einen Wandler mit einem magnetischen Element umfasst, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des Audiosignals zu erzeugen und einen zugeordneten maximalen Auslenkungswert aufweist, wobei der Wandler ferner seine eigene Grenzfrequenz aufweist. Dieses Verfahren umfasst:

- A) eine Hochpassfilterung des digitalen Audiosignals mit einer zugeordneten Filterfrequenz, wobei die Filterfrequenz größer oder gleich 10 Hz und kleiner als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers ist, wobei die Hochpassfilterung ein gefiltertes digitales Audiosignal erzeugt,
- B) ein Anlegen eines ersten Kuhschwanzfilters auf das gefilterte digitale Audiosignal, wobei das erste Low-Shelf-Filter eine Verstärkung der Frequenzen durchführt, die in einem Bereich von Frequenzen enthalten sind, der niedriger als eine vorgegebene Grenzfrequenz ist, wobei das Kuhschwanzfilter einen ersten vorgegebenen Verstärkungsfaktor aufweist,
- C) eine Schätzung eines Auslenkungswertes des Wandlers für das nach Anlegen des ersten Kuhschwanzfilters erhaltene Signal,
- D) wenn der geschätzte Auslenkungswert des Wandlers den maximalen Auslenkungswert überschreitet, eine Berechnung eines zweiten Verstärkungsfaktors, der kleiner als der erste Verstärkungsfaktor ist,
- E) ein Anlegen eines zweiten Kuhschwanzfilters auf das gefilterte digitale Audiosignal, das eine Verstärkung der Frequenzen ausführt, die in dem Frequenzbereich enthalten sind, der niedriger als die vorgegebene Grenzfrequenz ist, und mit einer Verstärkung, die gleich der zweiten berechneten Verstärkung ist, wobei das Anlegen des zweiten Kuhschwanzfilters ermöglicht, ein gefiltertes und verstärktes digitales Audiosignal zu erhalten, für das der Wandler einen Auslenkungswert aufweist, der kleiner als der maximale Auslenkungswert ist.

Vorteilhafterweise ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren zur Verarbeitung digitaler Audiosignale, den Wandler zu schützen, indem vermieden wird, dass der maximale Auslenkungswert erreicht wird, und die Klangwiedergabe der für den Benutzer interessanten Frequenzen zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zur Verbesserung der Wiedergabe niedriger Frequenzen kann auch eine oder mehrere der nachstehenden Eigenschaften, unabhängig voneinander oder in allen technisch denkbaren Kombinationen aufweisen.
Die Filterfrequenz ist kleiner als die Hälfte der Grenzeigenfrequenz des Wandlers.
Das Verfahren umfasst eine Phase des Bestimmens der Filterfrequenz des anzulegenden Hochpassfilters, umfassend eine Anzahl P der Anwendung der Schritte A) bis E), wobei P größer oder gleich zwei ist, wobei jede Anwendung mit einer Hochpassfilterung mit einer separaten Testfilterfrequenz, die zwischen 10 Hz und weniger als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers gewählt wird, ausgeführt wird, wobei jede Anwendung es ermöglicht, einen zweiten Verstärkungsfaktor zu erhalten, der einer Testfilterfrequenz zugeordnet ist, dann eine Auswahl einer Hochpassfilterung, die auf das digitale Audiosignal mit einer aus den Testfilterfrequenzen ausgewählten Filterfrequenz anzulegen ist.
Jede Anwendung der Schritte A) bis E) ermöglicht es, ein gefiltertes und verstärktes digitales Audiotestsignal zu erhalten, und die Auswahl führt eine Berechnung der Leistung jedes gefilterten und verstärkten digitalen Audiotestsignals durch, und wobei die Auswahl der Testfilterfrequenz es ermöglicht, das gefilterte und verstärkte digitale Audiotestsignal mit maximaler Leistung zu erhalten.
Die Testfilterfrequenzen umfassen P Frequenzwerte, umfassend eine erste Testfilterfrequenz gleich 10 Hz, eine letzte Testfilterfrequenz gleich der Grenzeigenfrequenz des Wandlers dividiert durch zwei.
In einer Ausführungsform ist P streng größer als zwei, und die Testfilterfrequenzen umfassen P Frequenzen, die gleichmäßig zwischen 10 Hz und der richtigen Grenzfrequenz des Wandlers dividiert durch zwei verteilt sind.
Die Testfilterfrequenzen umfassen P Frequenzwerte, die um 10 Hz von einem gewählten Grundfrequenzwert inkrementiert werden.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt bezieht sich die Erfindung auf ein Audiosystem, das einen Wandler mit einem magnetischen Element umfasst, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des Audiosignals zu erzeugen, und einen zugeordneten maximalen Auslenkungswert aufweist, wobei der Wandler ferner eine Grenzeigenfrequenz aufweist, wobei das Audiosystem ferner eine Berechnungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um ein Verfahren zur Verarbeitung eines digitalen Audiosignals zu implementieren, um die Wiedergabe niedriger Frequenzen zu verbessern, wie vorstehend kurz beschrieben.
Die Vorteile des Audiosystems sind analog zu den Vorteilen des oben erwähnten Audioverarbeitungsverfahrens.
Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist der Wandler ein Lautsprecher und/oder das Audiosystem in eine Kopfstütze des Sitzes integriert, und/oder der Wandler ist ein Schwingungserzeuger, wobei das Audiosystem in einen Sitz integriert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und in keiner Weise einschränkend ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, von denen:

[1] 1 schematisch ein System zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen gemäß einer Ausführungsform darstellt;
[2] 2 ein Blockdiagramm zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
[3] 3 ein Blockdiagramm zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen gemäß einer zweiten Ausführungsform ist.

1 stellt schematisch ein System 2 zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen gemäß einer Ausführungsform dar.;
Ein Audiosignal S_in wird dem Eingang eines Blocks 4 zugeführt, das eine Verstärkung in Abhängigkeit von dem Verstärker 6 anlegt, der am Ende der Verarbeitungskette verwendet wird, bevor das Audiosignal dem Wandler 8 zugeführt wird. Das am Ausgang von Block 4 erhaltene Audiosignal ist ein digitales Audiosignal, auf das Verarbeitungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe angelegt werden.
In einer Ausführungsform ist der Wandler 8 ein Lautsprecher, der zum Beispiel in ein Kopfstützen-Audiosystem eines Sitzes, insbesondere eines Transportfahrzeugsitzes, integriert ist.
In einer anderen Ausführungsform ist der Wandler 8 ein Lautsprecher, der zum Beispiel in ein Audiosystem eines Mobiltelefons integriert ist.
In einer anderen Ausführungsform ist der Wandler 8 ein in einen Sitz integrierter Schwingungserzeuger, insbesondere in einen Transportfahrzeugsitz.
Das Verarbeitungssystem 2 umfasst eine oder mehrere Verarbeitungsketten 10₁ bis 10_P, wobei das Beispiel von 1 P = 3 Verarbeitungsketten umfasst.
In der Ausführungsform, in der P eine ganze Zahl ist, die streng größer als 1 ist, implementiert das System im Wesentlichen parallel oder nacheinander Verarbeitungsketten 10₁ bis 10_P, wobei jede dieser Verarbeitungsketten als 10i bezeichnet wird.
Jede Verarbeitungskette 10, implementiert eine Testphase, um optimierte Verarbeitungsparameter des digitalen Audiosignals dynamisch zu bestimmen.
Jede Verarbeitungskette umfasst ein Modul 12i zum Anlegen einer Hochpassfilterung des digitalen Audiosignals mit einer zugeordneten Filterfrequenz Fi.
Ein solches Hochpassfilter führt in bekannter Weise eine Grenzfrequenz bei der Frequenz Fi durch, um nur die Frequenzen größer oder gleich der Filterfrequenz Fi zu bewahren. Auf diese Weise wird ein gefiltertes digitales Audiosignal S_hi erhalten.
Die Verarbeitungskette 10_i umfasst ferner ein Modul 14_i zum Anlegen eines ersten Filters vom „Low-Shelf“-Typ, das mit der Abkürzung LS bezeichnet wird, auch Kuhschwanzfilter genannt.
Ein „Low-Shelf“-Filter oder Kuhschwanzfilter ist in bekannter Weise durch eine Übergangsfrequenz oder Grenzfrequenz F₁, und einen Verstärkungsfaktor G₁ definiert. Das „Low-Shelf“-Filter erzielt eine Verstärkung G₁ für Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs, der durch die Grenzfrequenz F₁ begrenzt ist, über der keine Verstärkung angelegt wird. Zum Beispiel stellt ein solches Filter in einem gewählten Frequenzbereich, zum Beispiel deutlich unter 100 Hz, eine Verstärkung von G₁ = +2dB bereit und deutlich über 100 Hz keine Verstärkung. Die Grenzfrequenz liegt in der Mitte eines Periodenübergangs, dessen Steifigkeit (oder Steilheit) konfigurierbar ist.
Zum Beispiel weist jeder LS 14i-Filter eine Grenzfrequenz von 130 Hz und einen ersten Verstärkungsfaktor von 5 dB auf.
Die Verarbeitungskette 10, umfasst auch ein Modul 16i zum Schätzen eines aktuellen Auslenkungswertes des Wandlers für das Signal, das nach Anlegen des ersten Kuhschwanztestfilters 14_i erhalten wird.
Außerdem führt das Modul 16i auch die Berechnung einer Korrektur oder eine Dämpfung xi durch, die auf den ersten Verstärkungsfaktor anzulegen ist, um einen zweiten Verstärkungsfaktor G₂ = G₁-xi zu erhalten, was es ermöglicht, einen aktuellen Auslenkungswert zu erhalten, der den maximalen Auslenkungswert nicht überschreitet.
Jedes Verfahren zum Schätzen des aktuellen Auslenkungswertes des Wandlers ist anwendbar, zum Beispiel das im Patent EP 2 571 286 B1 beschriebene Verfahren.
Auf das gefilterte digitale Audiosignal wird dann ein Kuhschwanzfilter LS 18i angelegt, wobei der zweite Verstärkungsfaktor berechnet wird, was es ermöglicht, ein durch Hochpassfilterung gefiltertes und durch das Filter LS 18i verstärktes digitales Signal zu erhalten.
Das System 2 umfasst für den Fall, dass die Anzahl P von Verarbeitungsketten größer oder gleich zwei ist, ein Modul 20 zum Auswählen einer Hochpassfilterung mit der Filterfrequenz Fj, die in Abhängigkeit von den gefilterten und verstärkten digitalen Audiosignalen anzulegen ist, die jeweils durch jede Verarbeitungskette 10i erhalten werden.
In einer Ausführungsform ist das ausgewählte Hochpassfilter 12_j dasjenige, welches das gefilterte und verstärkte digitale Signal mit maximaler Leistung bereitstellt. Das entsprechende gefilterte und verstärkte digitale Signal wird dem Eingang des Verstärkers 6 zugeführt und dann dem Wandler 8 zur Klangwiedergabe zugeführt.
Die Module 12_i bis 18_i jeder Verarbeitungskette und das Modul 20 sind vorzugsweise digitale Verarbeitungsmodule, die innerhalb einer Berechnungseinheit implementiert sind, die zum Beispiel ein Prozessor, ein Mikrocontroller oder ein Verarbeitungschip digitaler Signale des Typs DSP ist.
In der Ausführungsform mit P = 1 wird eine einzige Verarbeitungskette 10 implementiert, und die Filterfrequenz wird zwischen 10 Hz und zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers gewählt, vorzugsweise zwischen 10 Hz und der Hälfte der Grenzfrequenz des Wandlers. In diesem Fall ist das Auswahlmodul 20 nicht implementiert.
2 ist ein Blockdiagramm der wichtigsten Schritte zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen in einer ersten Ausführungsform.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die an einem digitalen Audiosignal implementiert werden.
Das Verfahren umfasst einen Schritt 30 zum Erhalten von Parametern, zum Beispiel aus einem elektronischen Speicher oder über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die es einem Benutzer ermöglicht, Parameter bereitzustellen.
Zu diesen Parametern gehören insbesondere die Grenzeigenfrequenz F₀ des Wandlers und der maximale Auslenkungswert des Wandlers.
Diese Parameter umfassen ferner Grenzfrequenzparameter F₁ und einen Verstärkungsfaktor G₁ für jedes erste Filter LS („Low-Shelf“-Filter).
Das Verfahren umfasst einen Schritt 32 zum Erhalten des digitalen Audiosignals aus einem analogen Audiosignal durch Analog-Digital-Umwandlung, die kontinuierlich ausgeführt wird, und das Anlegen einer Verstärkung durch den Verstärkungsblock 4.
Auf Schritt 32 folgt ein Schritt 34 zum Hochpassfiltern des digitalen Audiosignals, wobei das Hochpassfilter eine gewählte Filterfrequenz F_hp aufweist.
Zum Beispiel liegt die Filterfrequenz F_hp zwischen 10 Hz und 2/3F₀, vorzugsweise zwischen 10 Hz und F₀/2.
Der Schritt 34 des Filterns stellt ein gefiltertes Audiosignal S_h bereit.
Das Verfahren umfasst dann einen Schritt 36 des Anlegens eines ersten Kuhschwanzfilters („Low-Shelf”-Filters). Dieses Filter ist durch Parameter gekennzeichnet, welche die Grenzfrequenz F₁ und der erste Verstärkungsfaktor G₁ sind.
Zum Beispiel sind F₁ = 130 Hz und G₁ = 5dB.
Das Verfahren umfasst auch einen Schritt 38 des Schätzens eines Auslenkungswertes des Wandlers für das nach Anlegen des ersten Kuhschwanzfilters auf das gefilterte digitale Signal S_h erhaltene Signal.
Der geschätzte Auslenkungswert des Wandlers wird im Schritt 40 des Vergleichens mit dem maximalen Auslenkungswert des Wandlers verglichen, und wenn er diesen Wert überschreitet, folgt auf Schritt 40 ein Schritt 42 zum Berechnen eines zweiten Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit vom ersten Verstärkungsfaktor und dessen Überschreitung des maximale Auslenkungswert des Wandlers.
Wenn der geschätzte Auslenkungswert des Wandlers kleiner als der maximale Auslenkungswert des Wandlers ist, fährt das Verfahren mit Schritt 32 fort.
In einer Ausführungsform implementiert Schritt 42 die Berechnung einer Dämpfung von XdB des Verstärkungsfaktors, die anzulegen ist, um ein Überschreiten des maximalen Auslenkungswertes des Wandlers zu vermeiden: G2 = G₁-X in dB.
Wenn zum Beispiel für einen ersten Verstärkungsfaktor G₁ die geschätzte Auslenkung x(G₁) die Auslenkungsgrenze x_lim überschreitet, wird der Dämpfungswert X durch X = 20*log(x(G₁)/x_lim) berechnet.
Auf Schritt 42 folgt ein Schritt 44 des Anlegens eines zweiten Low-Shelf-Verstärkungsfilters mit einer Verstärkung, die gleich dem zweiten Verstärkungsfaktor ist, und der gleichen Grenzfrequenz wie das erste in Schritt 36 angelegte Kuhschwanzfilter.
Nach Schritt 44 wird ein durch LS-Filterung gefiltertes und verstärktes digitales Audiosignal erhalten, das dann dem Wandler zur Wiederherstellung zugeführt wird.
Auf Schritt 44 folgt Schritt 32, wobei die Verarbeitung zur Verbesserung der Wiedergabe niedriger Frequenzen in einer Schleife auf ein am Eingang empfangenes Audiosignal angewendet wird.
3 ist ein Blockdiagramm der wichtigsten Schritte zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zum Verbessern der Wiedergabe niedriger Frequenzen in einer zweiten Ausführungsform.
Diese zweite Ausführungsform umfasst Schritte des Erhaltens von Parametern und des Erfassens des zu verarbeitenden digitalen Audiosignals, analog zu den Schritten 30 und 32.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt 50 zum Bestimmen von P Filterfrequenzwerten von zu testenden Hochpassfiltern, die Testfilterfrequenzen genannt und mit F₁ bis F_P bezeichnet werden.
Zum Beispiel wird bei gegebener Grenzeigenfrequenz des Wandlers F₀ und einer gewählten ganzen Zahl P, zum Beispiel P = 3 oder P = 4, in Schritt 50 der Schritt
d = (F₀/2-10)/P berechnet
und die Fi-Testfilterfrequenzen werden wie folgt berechnet: F₁ = 10 Hz, und dann F_i+1 = (Fi+d) Hz.
Mit anderen Worten sind in dieser Ausführungsform die Testfilterfrequenzen gleichmäßig zwischen dem Grundfrequenzwert gleich 10 Hz und der Grenzeigenfrequenz des Wandlers dividiert durch zwei verteilt.
Gemäß einer Variante wird ein um 10 Hz unterschiedlicher Grundfrequenzwert, zum Beispiel 15 Hz, gewählt und die oben beschriebene Berechnung wird auf die Grundfrequenz f_p angewendet, um Testfilterfrequenzen zu erhalten, die gleichmäßig zwischen der Grundfrequenz und F₀/2 verteilt sind.
Gemäß einer anderen Variante werden um jeweils 10 Hz inkrementierte Filterfrequenzen gewählt, ausgehend von einem Grundfrequenzwert, zum Beispiel gleich 10 Hz, zum Beispiel F₁ = 10 Hz, F₂ = 20 Hz, F₃ = 30 Hz, F₄ = 40 Hz, für F₀ = 120 Hz.
Gemäß einer anderen Variante werden für P = 4 Filterfrequenzen von F₁ = 10 Hz, F₂ = 30 Hz, F₃ = 50 Hz, F₄ = 70 Hz für F₀ = 120 Hz gewählt.
Natürlich können auch andere Verlaufsvarianten in Form einer arithmetischen oder geometrischen Reihe oder auf andere Weise implementiert werden, um P Testfilterfrequenzen zu bestimmen, wobei jede Testfilterfrequenz größer oder gleich dem Grundfrequenzwert ist, vorzugsweise gleich 10 Hz und weniger als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers.
Auf Schritt 50 folgt die Anwendung mehrerer Testverarbeitungen 52_1 bis 52_P.
Jede dieser Verarbeitungen implementiert die unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Schritte 34 bis 44, wobei für jede Verarbeitung 52_i die Implementierung einer Hochpassfilterung der entsprechenden in Schritt 50 bestimmten Frequenz F_i erfolgt.
Mit anderen Worten implementiert jede Testverarbeitung 52_i eine Testfilterfrequenz F_i und ermöglicht es, eine zweite Kuhschwanzfilterverstärkung zu berechnen, die dem ersten Verstärkungsfaktor entspricht, der um einen Wert x_i gedämpft ist, der berechnet wird, um den Auslenkungswert des Wandlers auf einen Auslenkungswert von weniger als den maximalen Auslenkungswert zu begrenzen.
Das Verfahren umfasst dann eine Auswahl 54 einer Hochpassfilterung, die auf das digitale Audiosignal anzulegen ist, mit einer Filterfrequenz, die aus den Testfilterfrequenzen F₁ bis F_P ausgewählt wird.
Die Auswahl 54 umfasst in einer Ausführungsform eine Berechnung 56 der Leistung Pi jedes gefilterten und verstärkten digitalen Audiotestsignals, das durch die Verarbeitung 52_i erhalten wird, und die Bestimmung 58 der Verarbeitung 52_j, für die die Leistung P_j maximal ist.
Am Ende des Auswahlschritts 54 wird das Paar aus Filterfrequenz Fj und Verstärkungsdämpfung xj erhalten, das anzulegen ist, um die zweite anzulegende Kuhschwanzfilterverstärkung LS zu erhalten.
Die Verarbeitung 52_j, die eine Hochpassfilterung mit einer Filterfrequenz F und ein Anlegen eines Filters LS_j mit einer zweiten Verstärkung G1-x_j implementiert, wird implementiert.
Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren, die niedrigen oder mittleren Frequenzen auf autoadaptive Weise zu verstärken, während dank der Begrenzung des Auslenkungswertes jegliche Beeinträchtigung des Wandlers vermieden wird, um den maximalen Auslenkungswert nicht zu überschreiten.
Vorteilhafterweise ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren, die Wiedergabe des Audiosignals bei niedrigen Frequenzen und bei mittleren Frequenzen zu verbessern, ohne eine nichtlineare Verzerrung einzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2571286 B1 [0008, 0038]

Claims

Verfahren zur Verarbeitung digitaler Audiosignale zur Verbesserung der Wiedergabe niedriger Frequenzen, das in einem Audiosystem implementiert ist, das einen Wandler (8) mit einem magnetischen Element umfasst, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des Audiosignals zu erzeugen und einen zugeordneten maximalen Auslenkungswert aufweist, wobei der Wandler ferner seine eigene Grenzfrequenz aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: - A) eine Hochpassfilterung (34) des digitalen Audiosignals mit einer zugeordneten Filterfrequenz, wobei die Filterfrequenz größer oder gleich 10 Hz und kleiner als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers ist, wobei die Hochpassfilterung ein gefiltertes digitales Audiosignal erzeugt, - B) ein Anlegen (36) eines ersten Kuhschwanzfilters auf das gefilterte digitale Audiosignal, wobei das erste Low-Shelf-Filter eine Verstärkung der Frequenzen durchführt, die in einem Bereich von Frequenzen enthalten sind, der niedriger als eine vorgegebene Grenzfrequenz ist, wobei das Kuhschwanzfilter einen ersten vorgegebenen Verstärkungsfaktor aufweist, - C) eine Schätzung (38) eines Auslenkungswertes des Wandlers für das nach Anlegen des ersten Kuhschwanzfilters erhaltene Signal, - D) wenn der geschätzte Auslenkungswert des Wandlers den maximalen Auslenkungswert überschreitet, eine Berechnung (42) eines zweiten Verstärkungsfaktors, der kleiner als die erste Verstärkung ist, - E) ein Anlegen (44) eines zweiten Kuhschwanzfilters auf das gefilterte digitale Audiosignal, das eine Verstärkung der Frequenzen ausführt, die in dem Frequenzbereich enthalten sind, der niedriger als die vorgegebene Grenzfrequenz ist, und mit einer Verstärkung, die gleich der zweiten berechneten Verstärkung ist, wobei das Anlegen des zweiten Kuhschwanzfilters ermöglicht, ein gefiltertes und verstärktes digitales Audiosignal zu erhalten, für das der Wandler einen Auslenkungswert aufweist, der kleiner als der maximale Auslenkungswert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Filterfrequenz kleiner als die Hälfte der Grenzeigenfrequenz des Wandlers ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, umfassend eine Phase des Bestimmens der Filterfrequenz des anzulegenden Hochpassfilters, umfassend eine Anzahl P der Anwendung der Schritte A) bis E), wobei P größer oder gleich zwei ist, wobei jedes Anlegen (52_1,...52_P) mit einer Hochpassfilterung mit einer separaten Testfilterfrequenz, die zwischen 10 Hz und weniger als zwei Drittel der Grenzeigenfrequenz des Wandlers gewählt wird, ausgeführt wird, wobei jede Anwendung es ermöglicht, einen zweiten Verstärkungsfaktor zu erhalten, der einer Testfilterfrequenz zugeordnet ist, dann eine Auswahl (54) einer Hochpassfilterung, die auf das digitale Audiosignal mit einer aus den Testfilterfrequenzen ausgewählten Filterfrequenz anzulegen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem jede Anwendung der Schritte A) bis E) es ermöglicht, ein gefiltertes und verstärktes digitales Audiotestsignal zu erhalten, und die Auswahl (54) führt eine Berechnung (56) der Leistung jedes gefilterten und verstärkten digitalen Audiotestsignals durch, und wobei die Bestimmung (58) der Testfilterfrequenz es ermöglicht, das gefilterte und verstärkte digitale Audiotestsignal mit maximaler Leistung zu erhalten.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, bei dem die Testfilterfrequenzen P Frequenzwerte umfassen, umfassend eine erste Testfilterfrequenz gleich 10 Hz, eine letzte Testfilterfrequenz gleich der Grenzeigenfrequenz des Wandlers dividiert durch zwei.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem P streng größer als zwei ist, und die Testfilterfrequenzen P Frequenzen umfassen, die gleichmäßig zwischen 10 Hz und der richtigen Grenzfrequenz des Wandlers dividiert durch zwei verteilt sind.
Verfahren nach Ansprüchen 3 oder 4, bei dem die Testfilterfrequenzen P Frequenzwerte umfassen, die um 10 Hz von einem gewählten Grundfrequenzwert inkrementiert werden.
Audiosystem, umfassend einen Wandler (8) mit einem magnetischen Element, das geeignet ist, Schwingungen in Abhängigkeit von der Frequenz des Audiosignals zu erzeugen, und einen zugeordneten maximalen Auslenkungswert aufweist, wobei der Wandler (8) ferner eine Grenzeigenfrequenz aufweist, wobei das Audiosystem ferner eine Berechnungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um ein Verfahren zur Verarbeitung eines digitalen Audiosignals zu implementieren, um die Wiedergabe niedriger Frequenzen gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zu verbessern.
Audiosystem nach Anspruch 8, bei dem der Wandler ein Lautsprecher ist.
Audiosystem nach Anspruch 9, das in eine Kopfstütze eines Sitzes integriert ist.
Audiosystem nach Anspruch 8, wobei der Wandler ein Schwingungserzeuger ist, wobei das Audiosystem in einen Sitz integriert ist.