DE10323126A1

DE10323126A1 - Adaptive bass booster for active bass loudspeaker, controls gain of linear amplifier using control signal proportional to perceived loudness, and has amplifier output connected to bass loudspeaker

Info

Publication number: DE10323126A1
Application number: DE2003123126
Authority: DE
Inventors: Ralp Mantel; Ralf Schalk
Original assignee: RCM TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: MANTEL, RALPH, 33098 PADERBORN, DE
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-16

Abstract

A control signal (S) proportional to the perceived loudness is formed from an input signal (E) using a loudness filter (3). The control signal controls a linear amplifier (6) having variable gain. The output signal (A) from the amplifier forms the input to the bass loudspeaker.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur adaptiven Bassanhebung für aktive Basslautsprecherboxen.The Invention relates to a device for adaptive bass boost for active Bass loudspeakers.

Aus vielfältiger Literatur sind die Fletcher-Munson-Kennlinien bekannt, die Kurven gleichen Lautstärkeempfindens über der Frequenz beschreiben. Diese Kennlinien besitzen als Parameter den Lautstärkepegel des Messsignals. Aus diesen Kurven ist leicht ersichtlich, dass Bässe von ca. 20–300 Hz variabel angehoben werden müssen, um zu einem gleichmäßigen Klangeindruck zu kommen.Out diverse The Fletcher-Munson characteristics, the curves, are known in the literature same volume sensation over the Describe frequency. These characteristics have as the parameter Volume level of the measurement signal. From these curves it is easy to see that Bass from about 20-300 Hz must be raised variably, to create an even sound impression get.

In der klassischen Audiotechnik wird dieser Effekt meist durch sogenannte „Loudness-Schaltungen" erreicht, bei denen ein passives Entzerrer-Netzwerk an Anzapfungen des Lautstärkepotentiometers angeschlossen und ein Signalfilter in etwa gegenläufig zu den Fletcher-Munson-Kennlinien realisiert ist. Damit sind Spezial-Potentiometer für die Lautstärkeregelung erforderlich. Moderne Lautstärkeregelungen mit digitalen Reglern sind so nicht einsetzbar. Außerdem sind frequenzabhängige Bauelemente im Signalweg angeordnet, die zu unerwünschten Verzerrungen und Unterschieden in den Stereo-Kanälen führen können.In In classic audio technology, this effect is mostly achieved by so-called "loudness circuits", in which a passive equalizer network connected to taps of the volume potentiometer and implemented a signal filter in roughly the opposite direction to the Fletcher-Munson characteristics is. This makes special potentiometers for volume control required. Modern volume controls cannot be used with digital controllers. Also are frequency-dependent Components arranged in the signal path that lead to unwanted Distortions and differences in the stereo channels can result.

In der Unterhaltungselektronik werden in zunehmendem Maße separate aktive, d. h. mit eigenem Filter für den Frequenzbereich von 20–300 Hz und Endverstärker ausgerüstete Basslautsprecherboxen eingesetzt.In consumer electronics are becoming increasingly separate active, d. H. with its own filter for the frequency range of 20–300 Hz and power amplifiers equipped Bass loudspeakers used.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zu beschreiben, dass für aktive Basslautsprecher eine gehörrichtige Verstärkungsteuerung realisiert und die oben beschriebenen Nachteile vermeidet.It is the object of the invention to describe a device that for active Bass speaker an aurally correct gain control realized and the disadvantages described above avoided.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass aus einem Eingangssignal über ein Lautstärkefilter ein der gehörrichtigen Lautstärke proportionales Steuersignal gebildet ist, welches einen in seinem Verstärkungsfaktor veränderbaren linearen Verstärker steuert und dass das Ausgangssignal dieses Verstärkers als Eingangssignal für die aktive Basslautsprecherbox dient.Is solved this task in that from an input signal over a Volume filter on the right-wing volume proportional control signal is formed, which has a gain factor changeable linear amplifier controls and that the output signal of this amplifier as an input signal for the active Bass speaker box is used.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Ein solches Gerät zur adaptiven Bassanhebung bewertet das Eingangssignal mit einem Filter entsprechend den Fletcher-Munson-Kennlinien, einem sogenannten A-Filter. Dieses bewertete Signal wird gleichgerichtet und in einem Integrator integriert. Der Ausgang des Integrators entspricht dem Mittelwert der Lautheit, bewertet mit der Filterkurve. Dieses Signal bildet das Steuersignal für den steuerbaren linearen Verstärker, dessen Verstärkung proportional zu dem Steuersignal ist. Die Integrationszeitkonstante beträgt zwischen 3 und 5 Sekunden, um plötzliche Lautstärkeunterschiede im Eingangssignal nicht zu abrupten Verstärkungsänderungen und damit zu einem Pumpeffekt führen zu lassen. Im Signalweg sind keine Filter angeordnet, die das Signal verzerren könnten.On such device for adaptive bass boost evaluates the input signal with a Filters according to the Fletcher-Munson characteristics, a so-called A filter. This evaluated signal is rectified and in one Integrated integrator. The output of the integrator corresponds to that Average loudness, evaluated with the filter curve. This signal forms the control signal for the controllable linear amplifier, its reinforcement is proportional to the control signal. The integration time constant is between 3 and 5 seconds for sudden volume differences not too abrupt changes in gain in the input signal and thus to one Cause pump effect allow. No filters are arranged in the signal path, which the signal could distort.

In der Unterhaltungselektronik wird üblicherweise mit einem Stereo-Signal gearbeitet. Von daher ist es günstig, ein Gerät zur adaptiven Bassanhebung für beide Kanäle auszubilden. Dabei ist es vorteilhaft, beide Eingangssignale zu summieren, das Summensignal mit dem A-Filter zu bewerten und daraus ein Steuersignal abzuleiten, das die linearen Verstärker beider Kanäle steuert. Damit wird vermieden, dass es aufgrund von unterschiedlichen Signalen in den beiden Stereo-Kanälen zu verschiedenen Verstärkungen in den beiden Kanälen kommt und der Klangeindruck unausgewogen wird.In entertainment electronics usually work with a stereo signal. Therefore it is convenient a machine for adaptive bass boost for both channels train. It is advantageous to use both input signals sum, evaluate the sum signal with the A filter and from it a control signal derive that controls the linear amplifier of both channels. This prevents it from being caused by different signals in the two stereo channels to different reinforcements in the two channels comes and the sound impression is unbalanced.

In der Elektroakustik wird immer mehr ausgenutzt, dass der Ursprung von tiefen Frequenzen von dem menschlichen Ohr nicht ortbar ist. Es werden sogenannte Subwoofer eingesetzt, die aus beiden Stereokanälen, den Frontkanälen eines Surroundsystems, oder dem Subwooferausgang eines Leistungsverstärkers die tiefen Frequenzen herausfiltern und in einer Basslautsprecherbox wiedergeben. In einem aktiven Subwoofer sind die Tiefpassfilter für beide Kanäle, die Summation und ein Endverstärker integriert. Es nun vorteilhaft, eine adaptive Bassanhebung als Zusatzmodul in einen solchen aktiven Subwoofer zu integrieren. Dabei ist wieder das Stereo-Eingangssignal mit dem A-Filter bewertet, die beiden Eingangssignale durchlaufen jeweils ein Tiefpassfilter, werden summiert und dem gesteuerten Verstärker zugeführt. Das Ausgangssignal gelangt dann auf den Endverstärker. Durch diese Integration in die aktive Lautsprecherbox wird der Aufwand für die adaptive Bassanhebung gering gehalten.In Electroacoustics is being exploited more and more that the origin of low frequencies cannot be located by the human ear. So-called subwoofers are used, consisting of both stereo channels, the front channels a surround system, or the subwoofer output of a power amplifier filter out low frequencies and in a bass speaker play. The low-pass filters are in an active subwoofer for both Channels, the summation and a power amplifier integrated. It is now advantageous to have an adaptive bass boost as an additional module to integrate into such an active subwoofer. It is again rated the stereo input signal with the A filter, the two Input signals pass through a low-pass filter and are summed and the controlled amplifier fed. The output signal then goes to the power amplifier. Through this integration in The active speaker box becomes the effort for the adaptive bass boost kept low.

Eine solche Integration ist natürlich auch in 1-kanalige aktive Lautsprecherboxen vorgesehen.A such integration is natural also provided in 1-channel active loudspeakers.

Die adaptive Bassanhebung ist einfach und preiswert in analoger Schaltungstechnik realisierbar. Eine Schaltbild dafür ist in 5 gezeigt.The adaptive bass boost is simple and inexpensive to implement in analog circuit technology. A circuit diagram for this is in 5 shown.

In der Unterhaltungselektronik liegen die Eingangssignale in zunehmendem Maße in digitaler Form vor, beispielsweise an einer SPDIF-Schnittstelle. In einer alternativen Ausführungsform sind dann die Filter, die Mittelwertbildung und der einstellbare Verstärker in digitaler Technik mit einem Signalprozessor realisiert. Das Ausgangssignal der adaptiven Bassanhebung liegt dann in gleicher Weise als digitales Signal vor.In consumer electronics, the input signals are increasingly available in digital form, for example at an SPDIF interface. In an alternative embodiment, the filters, the averaging and the adjustable amplifier are in digital technology with a signal pro processor realized. The output signal of the adaptive bass boost is then available in the same way as a digital signal.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren beispielhaft beschrieben.advantageous versions the invention are described by way of example in the figures.

1 zeigt ein Blockschaltbild der adaptiven Bassanhebung. 1 shows a block diagram of the adaptive bass boost.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Stereo-Ausführung 2 shows a block diagram of a stereo version

3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführung für einen Subwoofer 3 shows a block diagram of an embodiment for a subwoofer

4 zeigt die Fletcher-Munson-Kennlinien 4 shows the Fletcher-Munson characteristics

5 zeigt ein Schaltbild einer analogen Ausführung der adaptiven Bassanhebung 5 shows a circuit diagram of an analog version of the adaptive bass boost

In 1 ist ein Blockschaltbild einer gesamten Konfiguration gezeigt. Die adaptive Bassanhebung 1 ist vor die aktive Basslautsprecherbox 7 geschaltet. Die Bassanhebung 1 erhält das normale Tonsignal als Eingangssignal E. Dieses gelangt auf den Eingangsbuffer 2, der zur Entkopplung dient. Das entkoppelte Signal wird dem A-Filter 3 zugeführt und damit bewertet. Das bewertete Signal wird im Gleichrichter 4 gleichgerichtet und im Integrator 5 integriert. Der Integrator 5 besitzt eine Zeitkonstante im Sekundenbereich. Durch den Integrator 5 wird das Steuersignal S gebildet, welches zur Steuerung des variablen Verstärkers 6 dient. Dieser erhält das normale Tonsignal von dem Eingangsbuffer 2 und verstärkt es entsprechend dem Steuersignal S. Das verstärkte Signal gelangt als Ausgangssignal A auf das Tiefpassfilter 8 der Basslautsprecherbox 7. Endverstärker und Lautsprecher 9 geben das Basssignal gehörrichtig verstärkt ab, da das Steuersignal S dem entsprechend bewerteten Mittelwert des Eingangssignals entspricht.In 1 a block diagram of an entire configuration is shown. The adaptive bass boost 1 is in front of the active bass speaker box 7 connected. The bass boost 1 receives the normal sound signal as input signal E. This arrives at the input buffer 2 , which is used for decoupling. The decoupled signal is the A filter 3 fed and thus evaluated. The evaluated signal is in the rectifier 4 rectified and in the integrator 5 integrated. The integrator 5 has a time constant in the range of seconds. By the integrator 5 the control signal S is formed, which is used to control the variable amplifier 6 serves. This receives the normal sound signal from the input buffer 2 and amplifies it in accordance with the control signal S. The amplified signal reaches the low-pass filter as output signal A. 8th the bass speaker box 7 , Power amplifiers and speakers 9 give the bass signal amplified with correct hearing, since the control signal S corresponds to the correspondingly evaluated mean value of the input signal.

In 2 ist eine Ausführung der Bassanhebung für ein Stereosignal dargestellt. Die beiden Eingangssignale E1, E2 werden dem A-Filter 3 zugeführt. Das bewertete Summensignal wird im Gleichrichter 4 gleichgerichtet und im Integrator 5 integriert. Das im Integrator 5 gebildete Steuersignal S steuert die beiden variablen Verstärker 61 und 62. Die Ausgangssignale A1 und A2 sind somit entsprechend der mittleren Lautstärke des gesamten Stereosignals gesteuert.In 2 is a version of the bass boost for a stereo signal is shown. The two input signals E1, E2 are the A filter 3 fed. The weighted sum signal is in the rectifier 4 rectified and in the integrator 5 integrated. That in the integrator 5 formed control signal S controls the two variable amplifiers 61 and 62 , The output signals A1 and A2 are thus controlled in accordance with the average volume of the entire stereo signal.

In 3 ist eine Ausführung für einen Subwoofer mit einem Stereosignal E1, E2 dargestellt. Hier ist die adaptive Bassanhebung 1 in die Basslautsprecherbox 7 integriert. Die beiden Eingangssignale E1 und E2 eines Stereosignals werden über die Eingangsbuffer 23 summiert und dem A-Filter 3 zugeführt. Wie in 1 beschrieben, wird daraus das Steuersignal S gebildet. Im variablen Verstärker 6 wird das Summensignal entsprechend der mittleren Lautstärke gesteuert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 6 gelangt auf das Tiefpassfilter 8 und begrenzt das Tonsignal auf den Bassbereich. Dieses dient direkt zur Ansteuerung der Endstufe 10 für den Basslautsprecher 9. Der zweite variable Verstärker entfällt hier.In 3 is a version for a subwoofer with a stereo signal E1, E2 shown. Here is the adaptive bass boost 1 into the bass speaker box 7 integrated. The two input signals E1 and E2 of a stereo signal are via the input buffers 23 summed up and the A filter 3 fed. As in 1 described, the control signal S is formed therefrom. In the variable amplifier 6 the sum signal is controlled according to the average volume. The output signal of the amplifier 6 arrives at the low pass filter 8th and limits the sound signal to the bass range. This is used directly to control the power stage 10 for the bass speaker 9 , The second variable amplifier is omitted here.

In 4 sind die aus der Literatur bekannten Kennlinien mit den Kurven gleichen Lautstärkeempfindens über der Frequenz dargestellt. Diese Kennlinien besitzen als Parameter den Lautstärkepegel des Messsignals. Es ist jeweils dargestellt, um wie viel das Signal bei einer Frequenz verstärkt werden muss, um den gleichen Lautstärkeeindruck wie bei 1000 Hz zu erhalten. So muss beispielsweise ein Signal, dass bei 1000 Hz einen Eindruck von 20 dB besitzt, bei 50 Hz um 40 dB verstärkt werden, um den bleichen Lautstärkeeindruck zu erzeugen. Diese Charakteristik wird durch die adaptive Bassanhebung erreicht.In 4 the characteristic curves known from the literature are shown with the curves of equal volume sensitivity versus frequency. These characteristics have the volume level of the measurement signal as parameters. It is shown how much the signal has to be amplified at a frequency in order to obtain the same volume impression as at 1000 Hz. For example, a signal that has an impression of 20 dB at 1000 Hz must be amplified by 40 dB at 50 Hz to produce the pale volume impression. This characteristic is achieved through the adaptive bass boost.

In 5 ist das Schaltbild einer einkanaligen adaptiven Bassanhebung mit analogen Bauteilen dargestellt. Der Bereich 2 mit dem Verstärker V1 bildet den Eingangsbuffer für das Eingangssignal E. Das entkoppelte Signal gelangt zu dem A-Filter, das im Bereich 3 mit dem Verstärker V2 dargestellt ist. Die RC-Beschaltung des Verstärkers V2 erzeugt die gewünschte Filtercharakteristik und damit die Bewertung des Eingangssignals. Im Bereich 4 mit dem Verstärker V3 wird das Signal gleichgerichtet und im Bereich 5 mit dem Verstärker V4 integriert. Das Signal des Integrators wird über den Verstärker VS in das Steuersignal S gewandelt, das den Optokoppler K treibt.In 5 the circuit diagram of a single-channel adaptive bass boost with analog components is shown. The area 2 with the amplifier V1 forms the input buffer for the input signal E. The decoupled signal reaches the A filter, which is shown in area 3 with the amplifier V2. The RC circuit of amplifier V2 generates the desired filter characteristic and thus the evaluation of the input signal. The signal is rectified in area 4 with the amplifier V3 and integrated in area 5 with the amplifier V4. The signal of the integrator is converted via the amplifier VS into the control signal S, which drives the optocoupler K.

Das entkoppelte Eingangssignal gelangt auch in den Bereich 6 zum Verstärker V6. Dessen Verstärkungsfaktor wird über den Optokoppler K im Rückkopplungsweg gesteuert. Das Ausgangssignal A wird direkt vom Verstärker V6 abgenommen.The decoupled input signal also reaches area 6 to amplifier V6. Its gain factor is about the optocoupler K in the feedback path controlled. The output signal A is directly from the amplifier V6 decreased.

Durch diese Schaltung ist die gewünschte adaptive Verstärkungssteuerung realisiert.By this circuit is the desired adaptive gain control realized.

Claims

Device for adaptive bass boost for active bass loudspeakers, characterized in that an input signal (E) via a volume filter ( 3 ) a control signal (S) is formed which is proportional to the correct hearing volume and which has a linear amplifier (whose amplification factor is variable) 6 ) controls and that the output signal (A) of this amplifier as input signal nal for the active bass loudspeaker box ( 7 ) serves.

Device according to claim 1, characterized in that it sums up the two channels (E1, E2) of a stereo signal and from this a common control signal (S) for two amplifiers ( 61 . 62 ) derives the two active bass speakers ( 7 ) are connected upstream.

Device according to claim 1, characterized in that it sums the two channels (E1, E2) of a stereo signal and from them a control signal (S) for a variable amplifier ( 6 ) which derives from a subwoofer loudspeaker ( 7 ) is connected upstream.

Device according to claim 1, characterized in that it is used as a preamplifier in the active loudspeaker box ( 7 ) is integrated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that averaging ( 2 . 3 . 4 . 5 ) and amplifier ( 6 ) are implemented in analog circuit technology.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that averaging ( 2 . 3 . 4 . 5 ) and amplifier ( 6 ) are implemented in digital circuit technology with a signal processor.