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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen graphischen Audio-Equalizer
zum frequenzbandweisen Verändern
eines Audiofrequenzgangs mittels einer Mehrzahl von Filtern variablen
Pegels.
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Der eingangs genannte graphische
Audio-Equalizer eignet sich also mit anderen Worten zur Einstellung
mehrerer Frequenzbänder
mit fester Bandbreite und Mittenfrequenz, die sich einzeln in ihrer
Lautstärke
beeinflussen lassen. Realisiert sind derartige Equalizer typischerweise
mittels den Frequenzbändern
zugeordneter Schiebesteller. Alternativ hierzu können die Schiebesteller softwaremäßig, beispielsweise
auf dem Bildschirm eines PC, realisiert sein und durch Mausbetätigung beeinflusst
werden. Im Consumer-Bereich sind Equalizer regelmäßig in Stereoversion
ausgelegt. Als Profi-Geräte kommen
die Equalizer bedarfsgemäß mit mehr
als zwei Kanälen
zum Einsatz.
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Eine Alternative zum graphischen
Equalizer stellt der parametrische Equalizer dar. Ein parametrischer
Equalizer lässt
sich Idealerweise bezüglich Frequenz,
Güte, d.h.,
Breite der Filterkurve, und Pegel der Mittenfrequenz einstellen.
Wenn diese drei Parameter lediglich bezüglich einer Frequenz variabel
sind, spricht man von einem einbandigen parametrischen Equalizer.
Lassen sich hingegen mehrere Frequenzen bezüglich Pegel und Güte justieren, spricht
man von einem mehrbandigen parametrischen Equalizer.
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Während
graphische Equalizer häufig
zur Klangkorrektur von Mastersignalen, Stereosummen bzw. zur Anpassung
des Hauptsignals an Raumgegebenheiten dienen, werden parametrische
Equalizer häufig
zur Klangformung eingesetzt. Darüber
hinaus sind parametrische Equalizer auch in Kanalzügen von
Mischpulten zu finden.
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Grundsätzlich kann man mit einem parametrischen
Equalizer nahezu jeden gewünschten
Frequenzgang erzielen, einschließlich der Glockenkurve eines
parametrischen Equalizers. Um diese Glockenkurve mittels graphischem
Equalizer nachzubilden, muss jedes einzelne Frequenzband mittels
dem diesem zugeordneten Stellorgan manuell variiert werden, bis
die gewünschte
Kurve dargestellt ist. Soll diese derart realisierte Frequenzgangkurve
verschoben werden, bedeutet dies, dass alle oder ein Teil der bereits
veränderten
Pegel mittels den Stellorganen wieder auf null Dezibel zurückgesetzt
und im tiefer oder höher
gelegenen Frequenzbereich die Kurve daraufhin erneut manuell nachgebildet
werden müssen
bzw. muss, und zwar bandweise unter großem Aufwand.
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Es besteht deshalb grundsätzlich ein
Bedarf an einem graphischen Equalizer, mit welchem die Funktion
eines parametrischen Equalizers mit möglichst geringem Aufwand variabler
realisiert werden kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb darin, einen graphischen Audio-Equalizer der eingangs genannten
Art zum einfachen und problemlosen Einsatz als parametrischen Equalizer
auszulegen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Demnach sieht die Erfindung eine
Simulation der Grundfunktion eines parametrischen Equalizers durch
einen graphischen Equalizer vor. Im einzelnen wird eine Schaltung
bereitgestellt, mit welcher eine bestimmte Anzahl von Frequenzbändern des
graphischen Equalizers beiderseits der Mittenfrequenz der zu realisierenden
Glockenkurve bzw. Filterkurve abhängig vom gewählten Pegel
der Mittenfrequenz bezüglich
ihres Pegels so eingestellt werden, dass eine Glockenkurve nachgebildet
wird. Mit der Anzahl der zur Ausbildung der Glockenkurve herangezogenen Frequenzbänder des
graphischen Equalizers wird also die Güte, d.h., die Breite der Filterkurve,
festgelegt, während
die Pegel der Frequenzbänder
beiderseits der Mittenfrequenz an deren Pegel unter Nachbildung
des Verlaufs der Glockenkurve gekoppelt sind, so dass eine Verstellung
des Pegels der Mittenfrequenz bzw. des Frequenzbands, welches die
Mittenfrequenz festlegt, eine entsprechende proportionale Änderung
der seitlich davon liegenden Frequenzbänder zur Folge hat.
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Dies bedeutet in der Praxis, dass,
nachdem die Güte
der Filterkurve festgelegt ist, diese einfach dadurch realisiert
und verändert
werden kann, dass die Mittenfrequenz geändert wird, beispielsweise
indem der dieser Frequenz zugeordnete Pegelsteller variiert wird.
Ein manuelles Nachstellen der sich seitlich anschließenden Frequenzbänder entfällt dadurch,
so dass die Funktion eines parametrischen Equalizers mittels des
graphischen Equalizers erfindungsgemäß problemlos und zuverlässig nachgebildet
werden kann.
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Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Ausbildung
der Schaltung des graphischen Audio-Equalizers eine Verschiebung
der Glockenkurve bzw. Filterkurve durch Verschiebung der entsprechenden
Mittenfrequenz, ohne dass die seitlichen Frequenzbänder manuell
verändert
werden müssen. Erreicht
wird dies durch die erfindungsgemäße Kopplung der Amplitude der
Seitenbänder
an diejenige des Mittenfrequenzbands.
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Wie steil die Glockenkurve bzw. die
Filterkurve verläuft,
hängt also
von der gewählten
Anzahl der Nachbarbänder
in Bezug auf das Mittenfrequenzband. Wenige Nachbarbänder ergeben
demnach eine steile Kurve, entsprechend einer hohen Güte, während viele
Nachbarbänder
einen flachen Kurvenverlauf, entsprechend einer niedrigeren Güte, eines parametrischen
Equalizers entsprechen.
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Die erfindungsgemäße Schaltung zur Simulation
des parametrischen Modus durch einen graphischen Equalizer kann
in unterschiedlicher Weise realisiert sein. Eine besonders vorteilhafte
Implementierung dieser Schaltung umfasst einen digitalen Signalprozessor
zum Wählen
der Anzahl weiterer fester Frequenzbänder und zum Einstellen deren
Pegel, abhängig
vom Maximalpegel des die Mittenfrequenz bestimmenden festen Frequenzbandes
(Anspruch 2).
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Ferner umfasst die Schaltung vorteilhafterweise
einen Microcontroller zum Implementieren der Funktionen anhand der
Betätigung
von manuellen Stellorganen in Verbindung mit der Formel für die Gauß'sche Normalverteilung.
Durch die Nutzung manueller Stellorgane ergibt sich eine Bedienung
des graphischen Equalizers im parametrischen Modus in an sich gewohnter
Weise. Die manuellen Stellorgane sind demnach in an sich bekannter
Weise zum Wählen
der Mittenfrequenz, des Maximalpe gels der Mittenfrequenz und der
Güte ausgelegt.
Die Stellorgane können
in an sich beliebiger Weise realisiert sein. Bevorzugt sind Stellorgane
in Gestalt von Drehstellern und Schiebestellern. Alternativ können die
Stellorgane als Drucktasten ausgelegt sein (Ansprüche 4 bis 7).
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Zur Erleichterung der Bedienung kann
außerdem
eine visuelle Darstellung des Frequenzgangs auf einer Anzeige vorgesehen
sein (Anspruch 8). Diese Anzeige ist bevorzugt als Flüssigkristall-Bildschirm
ausgelegt (Anspruch 9).
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Um die Praxistauglichkeit des graphischen Equalizers
im parametrischen Modus zu verbessern, umfasst die Schaltung zur
Simulation des parametrischen Equalizers eine Einrichtung zum vorläufigen Umsetzen
der Funktionen für
die jeweilige parametrische Frequenzgangänderung in eine tatsächliche Frequenzgangänderung
für einen
Audioeingangssignal und eine Einrichtung zum endgültigen Umsetzen der
Funktionen für
die jeweilige parametrische Frequenzgangänderung (Anspruch 10).
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Die erfindungsgemäße Simulation eines parametrischen
Equalizers durch einen graphischen Equalizer erbringt zusammengefasst
folgende Vorteile:
- – Eine parametrische Filterkurve
bzw. Glockenkurve lässt
sich mit einem graphischen Equalizer einfach und schnell erstellen;
- – die
erstellte Kurve lässt
sich schnell durch Verändern
der Mittenfrequenz im gesamten Frequenzbereich genau wie bei einem
parametrischen Equalizer verschieben;
- – ein
Neujustieren sämtlicher
an der Kurve beteiligten Frequenzbänder erübrigt sich, sobald die Mittenfrequenz
und die Güte,
d.h., die Anzahl der seitlichen Frequenzbänder, festgelegt ist;
- – die
erzielte Filterkurve lässt
sich schnell und problemlos verbreitern oder schmaler machen durch Ändern eines
einzigen Parameters, d.h., der Anzahl der seitlichen Frequenzbänder;
- – die
aktuell gewählte
Filterkurve kann abgespeichert werden;
- – beliebig
viele weitere Filterkurven lassen sich nach dem gleichen Schema
erstellen und speichern, ohne dass bereits gespeicherte Kurven verloren
gehen;
- – Veränderungen
innerhalb des angezielten Frequenzbereichs einer bereits erstellten
Kurve werden proportional eingerechnet;
- – ein
einzelnes Frequenzband lässt
sich ebenfalls schnellstmöglich
entsprechend dem herkömmlichen
Modus eines parametrischen Equalizers verändern; dies gilt auch für die Veränderung
einer ganzen Frequenzband-Gruppe (GEQ-Modus mit parametrischer Bedingung);
- – ein
kompliziertes Umschalten zwischen herkömmlichem und parametrisch bedientem
graphischen Equalizer entfällt;
im letztgenannten Fall wird einfach die Bandbreite größer als
1 gewählt; und
- – der
herkömmliche
Modus des graphischen Equalizers bleibt vollständig erhalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert;
in dieser zeigen:
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1 schematisch
in Diagrammform einen Frequenzverlauf, eingestellt durch einen parametrischen
Equalizer,
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2 schematisch
in Diagrammform einen durch einen parametrischen Equalizer eingestellten Frequenzverlauf
unter Realisierung von Glockenkurven hoher Güte,
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3 schematisch
in Diagrammform einen durch einen parametrischen Equalizer eingestellten Frequenzverlauf
unter Realisierung von Glockenkurven geringer Güte,
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4 den
Frequenzverlauf von 2,
realisiert durch einen graphischen Equalizer,
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5 und 6 schematisch die Wahl einer
Mittenfrequenz und der Güte
einer Filterkurve zur Simulation eines parametrischen Modus durch
den erfindungsgemäßen graphischen
Equalizer,
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7 und 8 die Realisierung der Kurvenverläufe gemäß 2 und 3, erzielt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten
graphischen Equalizer zur Simulation eines parametrischen Modus,
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9 schematisch
in Gestalt eines Blockschaltbilds eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen graphischen
Equalizers mit parametrischen Modus, und
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10 schematisch
in Gestalt eines Blockschaltbilds eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen graphischen
Equalizers mit parametrischen Modus.
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In den 1 bis 8 sind die Funktionen von Equalizern
schematisch in Diagrammform dargestellt. In dem Diagramm ist auf
der horizontalen Achse der Audiofrequenzgang in Hertz- bzw. Kilohertz aufgetragen
und auf der vertikalen Achse ist die Amplitude in Dezibel aufgetragen,
in der beispielhaften Darstellung von –15 Dezibel bis +15 Dezibel.
Realisiert sind diese Diagramme bei einem tatsächlich verkörperten Equalizer entweder
auf dessen Frontplatte mittels Stellorganen (beispielsweise 1, in der schwarze Punkte
die Position der Knöpfe
von Stellorganen darstellen) oder auf einem Bildschirm (beispielsweise 2 und 3, auf dem der Kurvenverlauf graphisch
aufgetragen ist).
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In 1 ist
schematisch in Diagrammform die Veränderung eines Frequenzbands
mittels eines graphischen Rudio-Equalizers in herkömmlichem graphischen
Modus dargestellt.
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Die mehreren Frequenzbänder mit
fester Bandbreite und Mittenfrequenz, die bei einem graphischen
Equalizer herkömmlicherweise
zur Verfügung stehen,
sind in 1 mittels kreisförmiger schwarzer Punkte
dargestellt, die beispielsweise den Knöpfen von Stellorganen entsprechen.
Bei einem linearen Audiofrequenzgang kommen sämtliche dieser Stellorganknöpfe (schwarze
Punkte) auf der Null-Dezibel-Linie des Diagramms zu liegen. Wie
aus 1 hervorgeht, lässt sich
ein beliebiger Frequenzverlauf durch Betätigung der Stellorgane erzielen.
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Die Arbeitsweise eines parametrischen Equalizers
geht aus 2 hervor. Ein
parametrischer Equalizer lässt
sich typischerweise bezüglich Frequenz,
Güte, d.h.,
Breite der Filterkurve, und Pegel einer Mittenfrequenz justieren.
In 2 und 3 sind die schwarz ausgefüllten Kurven
durch eine Mittenfrequenz von 630 Hz gekennzeichnet. In 2 hat die dargestellte Glockenkurve
mit der Mittenfrequenz von 630 Hz eine Erstreckung von 315 Hz bis 1,25
kHz, d.h., eine Breite bzw. Güte
von 935 Hz, während
die Güte
der Glockenkurve (Filterkurve) von 3 ca.
3,3 kHz beträgt.
Erzeugt werden diese Kurvenverläufe
beispielsweise durch Drehsteller, wobei ein Drehsteller die Lage
der Mittenfrequenz bestimmt, während
der andere die Güte
der Filterkurve bestimmt. Bei einmal festgelegter Güte der Filterkurve
kann dann die Lage der Kurve einfach durch Verstellen des Stellorgans
für die
Mittenfrequenz verschoben werden, in 2 und 3 in die Position von 2 kHz
(punktierte Darstellung der Filterkurve).
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In 4 ist
eine Simulation des Kurvenverlaufs von 2, dort eingestellt mittels eines parametrischen
Equalizers, durch einen graphischen Equalizer gezeigt. Um die Glockenkurve
von 2 mittels eines
graphischen Equalizers zu realisieren, muss bei diesem jedes betreffende
einzelne Frequenzband manuell auf den entsprechenden Pegel eingestellt
werden, bis die gewünschte
Kurve dargestellt ist. Im Fall von 4 bedeutet
dies, dass die Mittenfrequenz von 630 kHz durch das Stellorgan betreffend
das Frequenzband 630 Hz eingestellt wird, und dass insgesamt vier
Seitenbandregler, jeweils zwei auf jeder Seite des Mittenfrequenzbandreglers in
entsprechender Amplitudenstellung betätigt werden müssen. Aus
der graphischen Darstellung geht hervor, dass auf diese Weise durch
einen graphischen Equalizer ein parametrischer Modus entsprechend
einem parametrischen Equalizer nachgebildet werden kann.
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Wenn jedoch die Glockenkurve mit
der Mittenfrequenz 630 Hz unter Beibehaltung ihrer Form bei einer
Mittenfrequenz von 2 kHz nachgebildet werden soll, müssen sämtliche
Pegelsteller um die Mittenfrequenz 630 Hz auf null Dezibel zurückgestellt werden,
woraufhin eine neue Einstellung um die Mittenfrequenz 2 kHz entsprechend
der vorstehend erläuterten
Erzeugung der Glockenkurve mit der Mittenfrequenz 630 Hz eingestellt
werden müssen.
Ein derartiges Vorgehen ist aufwendig und kommt in der Praxis deshalb
weniger in Betracht, weshalb dort grundsätzlich entweder ein graphischer
Equalizer oder ein parametrischer Equalizer zum Einsatz kommt.
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Der erfindungsgemäße ausgebildete graphischer
Audio-Equalizer erlaubt jedoch die Simulation eines parametrischen
Modus, wie anhand von 5 bis 8 im folgenden erläutert.
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Ziel ist eine Realisierung der Filterkurven bzw.
Glockenkurven von 2 und 3 mittels eines graphischen
Equalizers in einfacher Weise. Zu diesem Zweck wird ausgegangen
von der Null-Einstellung sämtlicher
Stellorgane des graphischen Equalizers gemäß 5. Als nächstes wird die gewünschte Mittenfrequenz,
vorliegend 630 Hz, festgelegt, wie in 5 durch
Pfeile am Frequenzband 630 Hz des graphischen Equalizers dargestellt.
Diese Festlegung der Mittenfrequenz erfolgt mittels eines entsprechenden
geeigneten Stellorgans, beispielsweise eines Drehstellers, der diese
Mittenfrequenz in eine erfindungsgemäße Simulationsschaltung eingibt.
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Als nächstes erfolgt, wie in 6 gezeigt, eine Festlegung
der Güte
der zu realisierenden Filterkurve durch Festlegen der Anzahl von
Seitenfrequenzbändern
beiderseits des Mittenfrequenzbandes von 630 Hz, wie durch Pfeile
an den entsprechenden Seitenfrequenzbändern dargestellt, d.h. an jeweils
drei Seitenfrequenzbändern
beiderseits der Mittenfrequenz 630 Hz. Zu diesem Zweck sind entsprechende
Stellorgane, beispielsweise Drehsteller vorgesehen, die diese Werte,
d.h., die Anzahl und den Wert der entsprechenden Seitenbandmittenfrequenzen
in die Simulationsschaltung eingibt.
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Im nächsten Schritt, der in 7 verdeutlicht ist, wird
in die Simulationsschaltung eingegeben, ob der Pegel des Mitten frequenzbands,
das vorstehend mit 630 Hz gewählt
wurde, angehoben oder abgesenkt werden soll. Im vorliegenden Fall
soll das Mittenfrequenzband angehoben werden. Dies wird z.B. mit
einem entsprechenden Drehsteller bewirkt. Entsprechende Verstellwerte
werden in die Simulationsschaltung eingegeben und bewirken in dieser
entsprechend einem vorab in einem Speicher abgelegten Kurvenverlauf
eine proportionale (vorliegend) Anhebung der Seitenbänder benachbart
beiderseits des Mittenfrequenzbands zur Erzeugung der in 7 gezeigten Glockenkurve
(schwarze Punkte). Wenn diese derart in einfacher Weise realisierte
Glockenkurve mit derselben Güte
bei der Mittenfrequenz 2 erzeugt bzw. zu dieser Frequenz
verschoben werden soll, ist es ähnlich
wie bei einem parametrischen Equalizer lediglich erforderlich, das
Stellorgan für
die Mittenfrequenz zu betätigen.
Die entsprechenden Seitenwandfrequenzen werden dann proportional
mitgeregelt.
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8 zeigt
das Ergebnis einer ähnlichen Prozedur
wie derjenigen, die vorstehend anhand von 5 bis 7 erläutert wurde,
jedoch zur Erzeugung der Glockenkurven geringerer Güte gemäß 3 unter Nutzung einer entsprechend
größeren Anzahl von
Reglern für
die Seitenfrequenzbänder.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bedienkonzepts
zur Erzielung eines parametrischen Modus durch einen graphischen
Equalizer ist, dass lediglich durch Verändern bzw. Verschieben der Mittenfrequenz
eine einmal erstellte Kurve durch den gesamten Frequenzbereich geschoben
werden kann, ohne dass jedes Mal die einzelnen Frequenzbänder des
graphischen Equalizers neu justiert werden müssen.
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Hat man sich für eine bestimmte Glockenkurve
bzw. Filterkurve entschieden, beispielsweise für die Filterkurve gemäß 7, kann diese Einstellung beispielsweise
in einem Speicher der Schaltung gespeichert werden, und sämtliche
Parameter, d.h., Mittenfrequenz, Kurvenbreite bzw. Anzahl der Seitenfrequenzbänder und
Pegel der neuen Mittenfrequenz, werden daraufhin freigegeben, um
eine weitere neue Kurve erstellen zu können. Dabei lassen sich sämtliche
Einstellungen, die vorstehend anhand von 5 bis 7 erläutert wurden,
beliebig justieren und erneut speichern. Hierdurch kann problemlos
auch eine komplexe Gesamtkurve über
den gesamten Frequenzbereich erstellt werden, beispielsweise und bevorzugt
auch ein Hoch- bzw.
Tiefpass sowie ein sogenannter Kuhschwanz. Wählt man jedoch nur ein einziges
Frequenzband aus, wobei dieses sich automatisch nach der aktuell
gewählten
Frequenz richtet, kann auch nur eine einzelne Frequenz beeinflusst werden,
wie bei einem herkömmlichen
graphischen Equalizer. Sämtliche
zuvor gespeicherten Kurvendarstellungen bleiben dabei erhalten,
es sei denn, dass eine Frequenz innerhalb eines bereits erstellten Kurvenverlaufs
geändert
wird. In diesem Fall erfolgt die Veränderung selbstverständlich proportional.
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen graphischen
Equalizers mit parametrischem Modus ist als Blockschaltbild in 9 gezeigt. Demnach umfasst der Equalizer
eine Eingangsschaltung 10 zum Eingeben eines Audiosignals
und eine Ausgangsschaltung 11 zum Ausgeben eines durch den
Equalizer bezüglich
seines Frequenzgangs beeinflussten Audiosignals. Zwischen Eingangsstufe 10 und
Ausgangsstufe 11 ist ein digitaler Signalprozessor bzw.
DSP 12 angeordnet, der die Verarbeitung des eingegebenen
Ausgangssignals zugunsten des Ausgangssignals übernimmt. Der DSP 12 wird
durch einen Microcontroller 13 beaufschlagt, dessen Eingang
mit einer Nutzerschnittstelle 14 verbunden ist, dessen
Ausgang den DSP 12 fernsteuert und dessen zusätzlicher
Ausgang eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein LCD, mit Information
versorgt.
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In den Microcontroller 13 werden
nach Maßgabe
der Nutzerschnittstelle die nicht gezeigten Stellorgane zum Einstellen
der Mittenfrequenz in Gestalt des Mittenfrequenzbands und von dazu
gehörigen Seitenfrequenzbändern erfasst
und entsprechende Information wird an den Microcontroller weitergegeben,
der eine Koeffizientenberechnung zur Darstellung der gewünschten
Glockenkurve (Gauß'sche Verteilungsfunktion)
enthält.
Die im Microcontroller über
die Schnittstelle erstellte Glockenkurve wird an den DSP 12 ausgegeben,
in welchem der Frequenzgang des über
die Eingabeschaltung 10 eingegebenen Signals entsprechend
modifiziert wird.
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10 zeigt
eine Modifikation des Equalizers von 9.
Der Equalizer von 10 unterscheidet
sich von demjenigen von 9 dadurch, dass
der Microcontroller entfällt,
und dass der DSP 12 sowohl dessen Koeffizientenberechnung
wie die Verarbeitung des Audiosignals und die Ausgabe eines Visualisierungssignals
an die Anzeige 15. Außerdem
besitzt der DSP 12 in der Ausführungsform von 10 einen
Eingang zum Anschluss an die Nutzerschnittstelle.
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In nicht dargestellter Weise umfasst
der DSP 12 in jeder Variante einen Speicher zum Ablegen
der über
die Nutzerschnittstelle bestimmten Glockenkurve.