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 - Google Patents

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

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DE10323126A1
DE10323126A1 DE2003123126 DE10323126A DE10323126A1 DE 10323126 A1 DE10323126 A1 DE 10323126A1 DE 2003123126 DE2003123126 DE 2003123126 DE 10323126 A DE10323126 A DE 10323126A DE 10323126 A1 DE10323126 A1 DE 10323126A1
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DE
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bass
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DE2003123126
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Ralp Mantel
Ralf Schalk
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MANTEL, RALPH, 33098 PADERBORN, DE
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RCM TECHNOLOGY GMBH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response

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 an apparatus 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. the Fletcher-Munson curves are known from a variety of literature, describe the curves of equal loudness perception over the frequency. Diese Kennlinien besitzen als Parameter den Lautstärkepegel des Messsignals. These characteristics have as a parameter the volume level of the measurement signal. Aus diesen Kurven ist leicht ersichtlich, dass Bässe von ca. 20–300 Hz variabel angehoben werden müssen, um zu einem gleichmäßigen Klangeindruck zu kommen. From these curves, it is readily apparent that bass must be lifted variable from about 20 to 300 Hz in order to arrive at a consistent sound impression.
  • 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 the classic audio technology, this effect is usually achieved by so-called "Loudness circuits" in which a passive equalization network connected to taps of the volume potentiometer and a signal filter is implemented in approximately the opposite direction to the Fletcher-Munson curves. This means that special potentiometer necessary for the volume control. Modern volume controls with digital controllers are not as applicable. in addition, frequency-dependent components in the signal are arranged, which can lead to undesirable distortion and differences in the stereo channels.
  • In der Unterhaltungselektronik werden in zunehmendem Maße separate aktive, dh mit eigenem Filter für den Frequenzbereich von 20–300 Hz und Endverstärker ausgerüstete Basslautsprecherboxen eingesetzt. In the consumer electronics increasingly separate active, that is equipped with its own filter for the frequency range of 20-300 Hz and amplifier bass speakers are 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 an object of the invention to describe a device that realizes an aurally compensated gain control for active woofer and avoids the disadvantages described above.
  • 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. This object is achieved in that from an input signal by a volume filter on the aurally compensated loudness control signal proportional formed, which controls a variable in its gain linear amplifier and that the output signal of this amplifier is an input signal for the active bass speaker cabinet dissolved.
  • 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. Such a device for adaptive rated bass boost the input signal with a filter according to the Fletcher-Munson characteristics, a so-called A-filter. Dieses bewertete Signal wird gleichgerichtet und in einem Integrator integriert. This measured signal is rectified and integrated in an integrator. Der Ausgang des Integrators entspricht dem Mittelwert der Lautheit, bewertet mit der Filterkurve. The output of the integrator corresponds to the mean value of the loudness, evaluated with the filter curve. Dieses Signal bildet das Steuersignal für den steuerbaren linearen Verstärker, dessen Verstärkung proportional zu dem Steuersignal ist. This signal forms the control signal for the controllable linear amplifier, whose gain is proportional to the control signal. 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. The integration time constant is between 3 and 5 seconds, so as not to be abrupt differences in volume in the input signal lead to abrupt gain changes and to a pumping effect. Im Signalweg sind keine Filter angeordnet, die das Signal verzerren könnten. In the signal no filters are arranged, which may distort the signal.
  • In der Unterhaltungselektronik wird üblicherweise mit einem Stereo-Signal gearbeitet. In the consumer electronics is usually worked with a stereo signal. Von daher ist es günstig, ein Gerät zur adaptiven Bassanhebung für beide Kanäle auszubilden. Therefore, it is advantageous to form a device for adaptive bass boost for both channels. 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. It is advantageous to add both input signals to evaluate the sum signal with the A filter and derive therefrom a control signal which controls the linear amplifier of both channels. 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. This avoids that it comes because of different signals in the two stereo channels at different gains in the two channels 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. In the electro-acoustics is increasingly exploited, that the origin of low frequencies by the human ear can not be located. 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. so-called subwoofer are used, the filter out of the two stereo channels, the front channels of a surround sound system or the subwoofer output of a power amplifier, the low frequencies and reflect in a bass speaker cabinet. In einem aktiven Subwoofer sind die Tiefpassfilter für beide Kanäle, die Summation und ein Endverstärker integriert. In a powered subwoofer low pass filter for both channels, and a summation amplifier are integrated. Es nun vorteilhaft, eine adaptive Bassanhebung als Zusatzmodul in einen solchen aktiven Subwoofer zu integrieren. It is now advantageous to integrate an adaptive bass boost as an additional module in such a powered subwoofer. 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. Here, the stereo input signal is again evaluated with the A-filter, the two input signals each pass through a low pass filter are summed and supplied to the controlled amplifier. Das Ausgangssignal gelangt dann auf den Endverstärker. The output signal is then passed to the power amplifier. Durch diese Integration in die aktive Lautsprecherbox wird der Aufwand für die adaptive Bassanhebung gering gehalten. This integration into the active speaker the cost of adaptive bass boost is kept low.
  • Eine solche Integration ist natürlich auch in 1-kanalige aktive Lautsprecherboxen vorgesehen. Such integration is of course also provided in 1-channel active speakers.
  • Die adaptive Bassanhebung ist einfach und preiswert in analoger Schaltungstechnik realisierbar. The adaptive bass boost is simple and inexpensive realized in analog circuit technology. Eine Schaltbild dafür ist in A diagram of this is in 5 5 gezeigt. shown.
  • In der Unterhaltungselektronik liegen die Eingangssignale in zunehmendem Maße in digitaler Form vor, beispielsweise an einer SPDIF-Schnittstelle. In consumer electronics, the input signals are increasingly available in digital form, for example at a SPDIF interface. In einer alternativen Ausführungsform sind dann die Filter, die Mittelwertbildung und der einstellbare Verstärker in digitaler Technik mit einem Signalprozessor realisiert. In an alternative embodiment, the filter, the mean value and the adjustable amplifier in digital technology are then implemented with a signal processor. Das Ausgangssignal der adaptiven Bassanhebung liegt dann in gleicher Weise als digitales Signal vor. The output signal of the adaptive bass boost is then in the same manner as a digital signal.
  • Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren beispielhaft beschrieben. Embodiments of the invention are exemplified in the figures.
  • 1 1 zeigt ein Blockschaltbild der adaptiven Bassanhebung. shows a block diagram of the adaptive bass boost.
  • 2 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Stereo-Ausführung shows a block diagram of a stereo version
  • 3 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführung für einen Subwoofer shows a block diagram of an embodiment for a subwoofer
  • 4 4 zeigt die Fletcher-Munson-Kennlinien shows the Fletcher-Munson curves
  • 5 5 zeigt ein Schaltbild einer analogen Ausführung der adaptiven Bassanhebung shows a circuit diagram of an analog embodiment of the adaptive bass boost
  • In In 1 1 ist ein Blockschaltbild einer gesamten Konfiguration gezeigt. there is shown a block diagram of an entire configuration. Die adaptive Bassanhebung Adaptive Bass Boost 1 1 ist vor die aktive Basslautsprecherbox is above the active bass speaker cabinet 7 7 geschaltet. connected. Die Bassanhebung The bass boost 1 1 erhält das normale Tonsignal als Eingangssignal E. Dieses gelangt auf den Eingangsbuffer receiving the normal audio signal as the input signal E. This passes to the input buffer 2 2 , der zur Entkopplung dient. Which is used for decoupling. Das entkoppelte Signal wird dem A-Filter The decoupled signal is the A filter 3 3 zugeführt und damit bewertet. fed and evaluated it. Das bewertete Signal wird im Gleichrichter The weighted signal is in the rectifier 4 4 gleichgerichtet und im Integrator rectified and in the integrator 5 5 integriert. integrated. Der Integrator the integrator 5 5 besitzt eine Zeitkonstante im Sekundenbereich. has a time constant in the second range. Durch den Integrator By the integrator 5 5 wird das Steuersignal S gebildet, welches zur Steuerung des variablen Verstärkers the control signal S is formed, which for control of the variable amplifier 6 6 dient. serves. Dieser erhält das normale Tonsignal von dem Eingangsbuffer This gets the normal sound signal from the input buffer 2 2 und verstärkt es entsprechend dem Steuersignal S. Das verstärkte Signal gelangt als Ausgangssignal A auf das Tiefpassfilter and amplifies it to the control signal S. The amplified signal is fed as an output signal A of the low-pass filter 8 8th der Basslautsprecherbox the bass speaker cabinet 7 7 . , Endverstärker und Lautsprecher Amplifier and speakers 9 9 geben das Basssignal gehörrichtig verstärkt ab, da das Steuersignal S dem entsprechend bewerteten Mittelwert des Eingangssignals entspricht. give the bass signal from aurally amplified, since the control signal S corresponds to the corresponding rated average value of the input signal.
  • In In 2 2 ist eine Ausführung der Bassanhebung für ein Stereosignal dargestellt. An embodiment of the bass enhancement is shown for a stereo signal. Die beiden Eingangssignale E1, E2 werden dem A-Filter The two input signals E1, E2 are the A filter 3 3 zugeführt. fed. Das bewertete Summensignal wird im Gleichrichter The weighted sum signal is in the rectifier 4 4 gleichgerichtet und im Integrator rectified and in the integrator 5 5 integriert. integrated. Das im Integrator The integrator in 5 5 gebildete Steuersignal S steuert die beiden variablen Verstärker Control signal S formed controls the two variable amplifiers 61 61 und and 62 62 . , Die Ausgangssignale A1 und A2 sind somit entsprechend der mittleren Lautstärke des gesamten Stereosignals gesteuert. The output signals A1 and A2 are thus controlled according to the average volume of the entire stereo signal.
  • In In 3 3 ist eine Ausführung für einen Subwoofer mit einem Stereosignal E1, E2 dargestellt. is illustrated an embodiment for a subwoofer with a stereo signal E1, E2. Hier ist die adaptive Bassanhebung Here is the adaptive bass boost 1 1 in die Basslautsprecherbox in the bass speaker cabinet 7 7 integriert. integrated. Die beiden Eingangssignale E1 und E2 eines Stereosignals werden über die Eingangsbuffer The two input signals E1 and E2 are a stereo signal through the input buffer 23 23 summiert und dem A-Filter summed and the A filter 3 3 zugeführt. fed. Wie in As in 1 1 beschrieben, wird daraus das Steuersignal S gebildet. described, from the control signal S is formed. Im variablen Verstärker In the variable amplifier 6 6 wird das Summensignal entsprechend der mittleren Lautstärke gesteuert. the sum signal is controlled according to the average volume. Das Ausgangssignal des Verstärkers The output signal of the amplifier 6 6 gelangt auf das Tiefpassfilter reaches the low-pass filter 8 8th und begrenzt das Tonsignal auf den Bassbereich. and the sound signal limited in the frequency range. Dieses dient direkt zur Ansteuerung der Endstufe This is used directly for controlling power stage 10 10 für den Basslautsprecher for the bass speaker 9 9 . , Der zweite variable Verstärker entfällt hier. The second variable amplifier is omitted here.
  • In In 4 4 sind die aus der Literatur bekannten Kennlinien mit den Kurven gleichen Lautstärkeempfindens über der Frequenz dargestellt. known from the literature characteristics with the curves of equal loudness sensation over the frequency are shown. Diese Kennlinien besitzen als Parameter den Lautstärkepegel des Messsignals. These characteristics have as a parameter the volume level of the measurement signal. 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. It is represented respectively by how much the signal must be amplified at a frequency to obtain the same volume impression as at 1000 Hz. 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. For example, should a signal at 1000 Hz that an impression of 20 dB has to be amplified at 50 Hz by 40 dB, to produce the bleach loudness impression. Diese Charakteristik wird durch die adaptive Bassanhebung erreicht. This characteristic is achieved by the adaptive bass boost.
  • In In 5 5 ist das Schaltbild einer einkanaligen adaptiven Bassanhebung mit analogen Bauteilen dargestellt. the circuit diagram of a single-channel adaptive bass boost is depicted with analog components. 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. The area 2 with the amplifier V1 forms the input buffer for the input signal E. The decoupled signal is sent to the A-filter, which is shown in area 3 to the amplifier V2. Die RC-Beschaltung des Verstärkers V2 erzeugt die gewünschte Filtercharakteristik und damit die Bewertung des Eingangssignals. The RC circuit of the amplifier V2 produces the desired filter characteristic and thus the evaluation of the input signal. Im Bereich 4 mit dem Verstärker V3 wird das Signal gleichgerichtet und im Bereich 5 mit dem Verstärker V4 integriert. In the range 4 to the amplifier V3, the signal is rectified and integrated in the region 5 to the amplifier V4. Das Signal des Integrators wird über den Verstärker VS in das Steuersignal S gewandelt, das den Optokoppler K treibt. The signal of the integrator is converted through the amplifier VS in the control signal S that drives the optocoupler K.
  • Das entkoppelte Eingangssignal gelangt auch in den Bereich 6 zum Verstärker V6. The decoupled input signal is also in the region 6 to the amplifier V6. Dessen Verstärkungsfaktor wird über den Optokoppler K im Rückkopplungsweg gesteuert. Whose gain is controlled by the optocoupler K in the feedback path. Das Ausgangssignal A wird direkt vom Verstärker V6 abgenommen. The output signal A is taken directly from the amplifier V6.
  • Durch diese Schaltung ist die gewünschte adaptive Verstärkungssteuerung realisiert. Through this circuit the desired adaptive gain control is implemented.

Claims (6)

  1. Gerät zur adaptiven Bassanhebung für aktive Basslautsprecherboxen, dadurch gekennzeichnet , dass aus einem Eingangssignal (E) über ein Lautstärkefilter ( Device for adaptive bass boost for active bass loudspeakers, characterized in that from an input signal (E) via a filter volume ( 3 3 ) ein der gehörrichtigen Lautstärke proportionales Steuersignal (S) gebildet ist, welches einen in seinem Verstärkungsfaktor veränderbaren linearen Verstärker ( ) Is formed of a proportional aurally compensated loudness control signal (S) which (a variable in its gain linear amplifier 6 6 ) steuert und dass das Ausgangssignal (A) dieses Verstärkers als Eingangssignal für die aktive Basslautsprecherbox ( ) Controls, and that the output signal (A) of this amplifier (as an input signal for the active bass speaker cabinet 7 7 ) dient. ) Is used.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die zwei Kanäle (E1, E2) eines Stereo-Signals summiert und daraus ein gemeinsames Steuersignal (S) für zwei Verstärker ( An apparatus according to claim 1, characterized in that it sums the two channels (E1, E2) of a stereo signal and from a common control signal (S) for two amplifier ( 61 61 , . 62 62 ) ableitet, die zwei aktiven Basslautsprechern ( ) Is derived, the two active bass loudspeakers ( 7 7 ) vorgeschaltet sind. ) Are connected upstream.
  3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die zwei Kanäle (E1, E2) eines Stereo-Signals summiert und daraus ein Steuersignal (S) für einen variablen Verstärker ( An apparatus according to claim 1, characterized in that it sums the two channels (E1, E2) of a stereo signal and from this a control signal (S) for a variable gain amplifier ( 6 6 ) ableitet, der einer Subwoofer-Lautsprecherbox ( ) Is derived, which (a subwoofer speaker 7 7 ) vorgeschaltet ist. ) Is connected upstream.
  4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Vorverstärker in die aktive Lautsprecherbox ( Apparatus according to claim 1, characterized in that it (as a preamplifier in the active speaker 7 7 ) integriert ist. ) Is integrated.
  5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittelwertbildung ( Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that averaging ( 2 2 , . 3 3 , . 4 4 , . 5 5 ) und Verstärker ( () And amplifier 6 6 ) in analoger Schaltungstechnik realisiert sind. ) Are implemented in analog circuit technology.
  6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittelwertbildung ( An apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that averaging ( 2 2 , . 3 3 , . 4 4 , . 5 5 ) und Verstärker ( () And amplifier 6 6 ) in digitaler Schaltungstechnik mit einem Signalprozessor realisiert sind. ) Are realized in digital circuit technology with a signal processor.
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