DE10350475B4

DE10350475B4 - Mehrkanalaudiosignalbegrenzer mit gemeinsamer Beschneidungserfassung

Info

Publication number: DE10350475B4
Application number: DE10350475A
Authority: DE
Inventors: Kai Kwong Lau; Robert Kelly Cadena; John Elliott Whitecar
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: GB0322696D0; GB2395381A; US6760452B2; US20040081324A1; DE10350475A1; GB2395381B

Abstract

Audiosystem mit einem ersten und einem zweiten Audiokanal, umfassend: – erste und zweite Verstärkungsvervielfacher (13, 14), welche die jeweiligen Vorbegrenzeraudiosignale empfangen und die entsprechenden Nachbegrenzeraudiosignale als Reaktion auf korrespondierende skalare Verstärkungsbefehle erzeugen; – einen für die ersten und zweiten Nachbegrenzeraudiosignale zur Erzeugung der jeweiligen verstärkten Audiosignale empfindlichen Mehrkanalleistungsverstärker (17), wobei der Mehrkanalleistungsverstärker (17) einen Verzerrungsdetektor (18) enthält, der ein Beschneidungserfassungssignal (20) erzeugt, das aktiv ist, wenn das erste und/oder das zweite verstärkte Audiosignal eine Beschneidungsverzerrung oberhalb eines Verzerrungsschwellenwerts aufweist; – erste und zweite Verstärkungsbefehlsblöcke (23, 24), die mit den jeweiligen Verstärkungsvervielfachern (13, 14) zur Erzeugung der entsprechenden skalaren Verstärkungsbefehle als Reaktion auf jeweilige Bezugswerte und korrespondierende Begrenzerbefehlssignale gekoppelt sind, wobei sowohl die ersten als auch die zweiten Verstärkungsbefehlsblöcke (23, 24) in einen Einregelmodus wechseln, wenn das entsprechende Begrenzungsbefehlssignal aktiv ist, und in einen Ausschwingmodus, wenn das entsprechende Begrenzungsbefehlssignal nicht aktiv ist, wobei der Einregelmodus eine progressive Verringerung...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Audiosysteme, die eine Verzerrung durch Verstärkerbeschneidung mittels dynamischer Verstärkungsbegrenzung verhindern, und speziell auf ein Mehrkanalaudiosystem, bei dem einzelne Kanäle als Reaktion auf ein von einem Leistungsverstärker kommendes gemeinsames Beschneidungserfassungssignal einzeln verstärkungsbegrenzt werden.
Typische Audiowiedergabesysteme enthalten vor einem konstant verstärkenden Leistungsverstärker, der einen Ausgangswandler, wie z. B. einen Lautsprecher, versorgt, eine variabel verstärkende Verstärkerstufe. Ein der variablen Verstärkerstufe (d. h. einem Vorverstärker) gegebener Lautstärke- oder Verstärkungsbefehl (z. B. eine Steuerspannung) steuert die vom Hörer gehörte Ausgangslautstärke. In einem bekannten Audiosystemtyp wird ein Digitalsignalprozessor (DSP) zum Verarbeiten der Audiosignale einschließlich der variabel verstärkenden Vorverstärkung verwendet. Die digital verarbeiteten Audiosignale werden in Analogsignale umgewandelt und in einem Mehrkanalanalogleistungsverstäker zum Betreiben der Lautsprecher verwendet.
Ein wichtiges Ziel beim Entwurf eines Audiosystems ist das Erreichen einer minimalen Verzerrung bei der Signalwiedergabe. Insbesondere bei hoher Lautstärke tritt jedoch immer eine gewisse Verzerrung ein. Übersteigt die Größe des von der variablen Verstärkerstufe an den Leistungsverstärker gegebenen Signals einen bestimmten Pegel, wird der Leistungsverstärker übersteuert. Diese Situation tritt ein, wenn sich das mit dem Konstantverstärkungsfaktor multiplizierte Eingangssignal am Leistungsverstärker der dem Leistungsverstärker zugeführten Versorgungsspannung nähert. Als Ergebnis wird der Leistungsverstärker ausgesteuert, und Signalspitzen des Audiosignals werden durch Beschneidung verzerrt.
In Kraftfahrzeugaudiosystemen tritt das Problem der Signalbeschneidung im Leistungsverstärker verschärft auf. Im Leistungsverstärker ist eine geringere Aussteuerungsreserve (d. h. Sicherheitsreserve) verfügbar, weil die Elektroenergieversorgung des Kraftfahrzeugs auf 12 V begrenzt ist. Eine höhere Gleichspannung kann zwar mit einem DC/DC-Umformer erreicht werden, jedoch sind solche Umformer relativ teuer. Außerdem ist in der Kraftfahrzeugumgebung Bassverstärkung zum Übertönen niederfrequenter Straßen- und Motorgeräusche notwendig, was die Beschneidung im Bassbereich des Audiosignals wahrscheinlicher macht.
Spannungsbegrenzung oder Dynamikkompression zur Einschränkung des Auftretens von Beschneidung für den Eingang eines Verstärkers vorzusehen, ist allgemein bekannt (jedoch ist ein gewisses Maß an Beschneidung bis hin zur Aussteuerungsgrenze erwünscht; andernfalls kann der Eindruck entstehen, dass das Audiosystem nicht laut genug spielt). In bisherigen Spannungsbegrenzern wird der Vorverstärkungsfaktor vermindert, wenn der Leistungsverstärker einen bestimmten Anteil der Gesamtoberwellenverzerrung (THD) aufweist, der durch den Zeitanteil über eine Anzahl von Audiozyklen gemessen wird, in denen der Leistungsverstärker übersteuert ist. Ein Verzerrungsdetektor im Leistungsverstärker erzeugt ein Beschneidungserfassungssignal, das zur Steuerung der Verstärkungsverringerung in den Vorverstärker zurückgeführt wird. Bei auftretendem oder aktivem Beschneidungserfassungssignal wechselt das System in den Einregelmodus, bei dem die Verstärkung in einer relativ schnellen Rate (von der nutzergesteuerten Lautstärkeeinstellung aus) progressiv verringert wird, solange das aktive Beschneidungserfassungssignal vorhanden ist (gewöhnlich jedoch nur bis zu einer Maximalverstärkungsbegrenzung). Wenn das Beschneidungserfassungssignal nicht mehr auftritt (d. h. inaktiv ist), wechselt das System in einen Ausschwingmodus, bei dem die Verstärkung in einer relativ langsameren Rate progressiv erhöht wird, bis die nutzergesteuerte Lautstärke wieder eingestellt ist (sofern das Beschneidungserfassungssignal nicht erneut aktiv wird).
Ein typischer Leistungsverstärker enthält mehrere Audiokanäle, wie z. B. Stereo links und rechts. In Kraftfahrzeugaudiosystemen werden gewöhnlich Vierkanalleistungsverstärker zum getrennten Betreiben von linken und rechten Lautsprechern sowohl im vorderen als auch im hinteren Teil des Fahrzeugs verwendet. Es könnte ein fünfter Kanal für einen Basskanal hinzugefügt oder auch ein separater Leistungsverstärker verwendet werden.
In einer typischen Leistungsverstärkerkonfiguration wird zwar eine Verzerrung oberhalb des THD-Schwellenwerts in jedem Kanal erfasst, jedoch nur ein Beschneidungserfassungssignal durch eine ODER-Funktion zur gemeinsamen Beschneidungserfassung für alle Kanäle erzeugt. Das wird getan, um die Anzahl der Ausgangspins des integrierten Schaltkreises (IC), dessen Bestandteil der typische Verstärker ist, zu verringern und weil es die Entwickler von Audiosystemen normalerweise vorziehen, bei der Anwendung von Verstärkungsbegrenzungen alle Kanäle gleich zu behandeln. Damit wird als Reaktion auf das Beschneidungserfassungssignal der Vorverstärkungsfaktor in allen Kanälen verringert, obwohl es sein könnte, dass nicht alle Kanäle den Verzerrungsschwellenwert überschritten haben. Die Schwundregelungen in einem Kraftfahrzeugaudiosystem könnten zum Beispiel für die Bereitstellung einer größeren Verstärkung für die hinteren als für die vorderen Lautsprecher eingestellt sein. Bei Beginn übermäßiger Verzerrung in den rückwärtigen Leistungsverstärkerkanälen werden die Verstärkungen sowohl für die vorderen als auch für die rückwärtigen Kanäle begrenzt. In einem Audiosystem, in dem alle Kanäle dasselbe Audioquellenmaterial zum Anhören in allen Bereichen des Fahrzeugs spielen, ist eine beständige Verstärkungsbegrenzung für alle Kanäle wünschenswert.
Kürzlich eingeführte Kraftfahrzeugaudiosysteme haben speziell zugeschnittene Ausstattungen zur „Rücksitzunterhaltung”, bei denen Hörer im Vorderteil des Fahrzeugs anderes Audioquellenmaterial mit anderer Lautstärkeeinstellung als Hörer im Hinterteil des Fahrzeugs wählen können (was als „Doppelspiel” bezeichnet wird). Denselben Vierkanalleistungsverstärker-IC weiterhin in einem Doppelspielaudiosystem zu verwenden, ist zwar erwünscht, die praktische Umsetzung der dem Stand der Technik entsprechenden Systeme auf gleiche und gleichzeitige Begrenzung aller Kanäle bringt jedoch unerwünschte Konsequenzen für die Audiokanäle mit sich, die den Verzerrungsschwellenwert nicht überschritten haben. Die Bereitstellung separater Beschneidungserfassungssignale für jeden Kanal erhöht jedoch unerwünschterweise die Anzahl der Ausgangspins des Leistungsverstärkers, wodurch die Kosten des Audiosystems steigen.
Auch Achtkanalaudiosysteme sind verbreitet, bei denen zwei Vierkanalverstärker zum Betreiben einer Vielzahl von Hochton-, Mittelton- und Tieftonlautsprechern verwendet werden. Die tatsächliche Konfiguration von Lautsprechern könnte sich bei unterschiedlichen Fahrzeugmodellen unterscheiden (z. B. unterschiedliche Anzahl von Hochtonlautsprechern), obwohl die Verwendung derselben (unmodifizierten) Leistungsverstärker-ICs im Verstärkermodul erwünscht ist. Da für unterschiedliche Lautsprechertypen eine unterschiedliche Begrenzung der Verstärkung erwünscht sein könnte (z. B. andere Begrenzung des Hochfrequenzgehalts der Hochtonlautsprecher als des Niederfrequenzgehalts der Tieftonlautsprecher), ist es mit den zwei verfügbaren Beschneidungserfassungssignalen bisher nicht möglich gewesen, eine optimale Verstärkungsbegrenzung zu erreichen.
Die US 2002/0 090 096 A1 offenbart einen Audioverstärker, insbesondere für Audiosysteme in Kraftfahrzeugen, bei dem eine Spannungsbegrenzung zur Vermeidung bzw. Begrenzung von Verzerrungen vorgenommen wird, die unter anderem von der jeweiligen spektralen Zusammensetzung der zu übertragenden Audiosignale abhängt.
Aus der US 5 450 624 A ist ein Diagnosesystem vielteiliger Audiosysteme bekannt, das dazu dient, eine aufwändige Kontrolle aller Leitungsverbindungen durch Inaugenscheinnahme oder separate Messungen überflüssig zu machen. Dafür besteht insbesondere bei Audiosystemen ein Bedarf, die in Kraftfahrzeugen eingebaut sind, da in diesen Fällen häufig enge Bauräume die angesprochene manuelle Nachkontrolle erschweren würden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bietet den Vorteil der Begrenzung einzelner Audiokanäle, die ein gemeinsames Beschneidungserfassungssignal von einem Mehrkanalleistungsverstärker empfangen, so dass nur die Kanäle verstärkungsbegrenzt werden, die den Verzerrungsschwellenwert wahrscheinlich überschreiten. Zusätzlich könnten beliebige Kanäle für eine gemeinsame Verstärkungsbegrenzung gruppiert werden. Die Erfindung beobachtet den Leistungspegel jedes Audiokanals, vergleicht ihn mit einem Leistungsschwellenwert, der anzeigt, ob ein Hochleistungszustand mit dem Potenzial zur übermäßigen Verzerrung existiert oder nicht, und trifft auf der Grundlage, ob das entsprechende Beschneidungserfassungssignal aktiv ist und gleichzeitig der Hochleistungszustand für den Kanal existiert, eine Entscheidung, ob ein Verstärkungsbegrenzer für jeden Kanal zu aktivieren ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt ein Audiosystem mindestens einen ersten und einen zweiten Audiokanal. Ein erster und ein zweiter Verstärkungsvervielfacher empfangen ein erstes bzw. zweites Vorbegrenzeraudiosignal und erzeugen ein erstes bzw. zweites Nachbegrenzeraudiosignal als Reaktion auf einen ersten bzw. zweiten skalaren Verstärkungsbefehl. Ein Mehrkanalleistungsverstärker ist für das erste und das zweite Nachbegrenzeraudiosignal zur Erzeugung eines ersten bzw. zweiten verstärkten Audiosignals empfindlich. Der Mehrkanalleistungsverstärker enthält einen Verzerrungsdetektor, der ein Beschneidungserfassungssignal erzeugt, das aktiv ist, wenn das erste und/oder das zweite verstärkte Audiosignal eine Beschneidungsverzerrung oberhalb eines Verzerrungsschwellenwerts aufweist. Ein erster und ein zweiter Verstärkungsbefehlsblock sind mit dem ersten bzw. zweiten Verstärkungsvervielfacher zur Erzeugung des ersten bzw. zweiten skalaren Verstärkungsbefehls als Reaktion auf die jeweiligen Bezugswerte und das jeweilige erste bzw. zweite Begrenzerbefehlssignal gekoppelt. Sowohl der erste als auch der zweite Verstärkungsbefehlsblock wechseln in einen Einregelmodus, wenn ein entsprechendes erstes bzw. zweites Begrenzungsbefehlssignal aktiv ist, und in einen Ausschwingmodus, wenn ein entsprechendes erstes bzw. zweites Begrenzungsbefehlssignal nicht aktiv ist. Der Einregelmodus umfasst eine progressive Verringerung des jeweiligen skalaren Verstärkungsbefehls unter dem entsprechenden Bezugswert. Der Ausschwingmodus umfasst ein progressives Ansteigen des jeweiligen skalaren Verstärkungsbefehls auf den entsprechenden Bezugswert. Ein erster und ein zweiter Begrenzungsbefehlsblock erfassen die erste bzw. zweite Audioleistung des ersten bzw. zweiten Audiosignals, vergleichen sowohl die erste als auch die zweite erfasste Audioleistung mit dem ersten bzw. zweiten Leistungsschwellenwert und aktivieren das erste bzw. zweite Begrenzungsbefehlssignal, wenn das Beschneidungserfassungssignal aktiv ist und wenn die jeweilige Audioleistung über dem entsprechenden Leistungsschwellenwert liegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Blockschaubild, das eine Vorzugsausgestaltung eines Audiosystems der Erfindung zeigt.
2 ist ein schematisches Blockschaubild, das einen Begrenzungsbefehlsblock und einen Verstärkungsbefehlsblock detaillierter zeigt.
3 ist ein schematisches Blockschaubild, das eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen
In 1 wird ein Beispiel der Erfindung mit zwei Audiokanälen gezeigt, das in einfacher Weise auf eine beliebige Anzahl von Kanälen erweitert werden kann. Ein DSP 10 empfangt Audiosignale 1 und 2 von einer (nicht dargestellten) Stereoaudioquelle, wie z. B. einer Radioabstimmeinheit, einem Kassettentonbandspieler, einem CD-Player oder einem DVD-Player. Der DSP 10 enthält Stereoaudioverarbeitungsblöcke 11 und 12 für die Durchführung unterschiedlicher bekannter Verarbeitungsfunktionen, wie z. B. Demodulation, Lautstärkeregelung, Klangregelung, Entzerrung, Filterung und anderer, zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Vorbegrenzeraudiosignals, die mit dem ersten bzw. zweiten Verstärkungsvervielfacher 13 bzw. 14 gekoppelt werden. Die Vorbegrenzeraudiosignale werden durch skalare Verstärkungsbefehle vervielfacht, die wie nachfolgend beschrieben festgelegt werden. Die Verstärkungsvervielfacher 13 und 14 erzeugen Nachbegrenzeraudiosignale, die durch Digital/Analog-(D/A-)Wandler 15 bzw. 16 in analoge Audiosignale umgewandelt werden. Die Zweikanalanalogsignale werden in entsprechenden Verstärkersektionen eines Leistungsverstärkers 17 verstärkt und an (nicht dargestellte) Lautsprecher gesendet.
Der Leistungsverstärker 17 enthält einen Verzerrungsdetektor 18 für die Überwachung des Beschneidungsarbeitszyklus in jedem Verstärkerkanal und für die Aktivierung seines Outputs, wenn das Auftreten von Beschneidung in einem beliebigen Kanal ausreicht, um eine über einem Schwellenwert liegende Verzerrung zu verursachen. Der Leistungsverstärker 17 könnte zum Beispiel aus einem von ST Microelectronics, NV., angebotenen TDA7563 bestehen. Wenn der Verzerrungsdetektor 18 feststellt, dass das Beschneidungserfassungssignal zu aktivieren ist, schaltet er einen Transistorschalter 21 an. Das Beschneidungserfassungssignal ist Output auf einer Leitung 20, die mit dem Kollektor von Transistor 21 und einem Lastwiderstand 22 verbunden ist. Wenn also keine übermäßige Verzerrung erfasst wird, ist der Transistor 21 ausgeschaltet, und eine Spannung auf Leitung 20 wird durch den Widerstand 22 auf einen hohen Pegel getrieben. Bei übermäßiger Verzerrung wird der Transistor 21 angeschaltet. Strom fließt durch den Widerstand 22 und zur Erdung durch den Transistor 21, so dass die Spannung auf Leitung 20 auf einen sehr kleinen Pegel abfällt. Damit besitzt das Beschneidungserfassungssignal in der Ausgestaltung einen niedrigen Logikpegel, wenn es aktiv ist.
Die an die Verstärkungsvervielfacher 13 und 14 gelieferten skalaren Verstärkungsbefehle werden durch einen ersten bzw. zweiten Verstärkungsbefehlsblock 23 bzw. 24 festgelegt. Jeder Verstärkungsbefehlsblock empfangt einen entsprechenden Bezugswert. In einer Vorzugsausgestaltung könnte ein durch den Nutzer gegebener Lautstärkebefehl bereits im Audioverarbeitungsblock 11 bzw. 12 verarbeitet worden sein. In diesem Fall wird der Bezugswert auf eins gesetzt (d. h., wenn die Begrenzung nicht aktiv ist und jede vorherige Begrenzung vollkommen ausgeschwungen ist, werden die Vorbegrenzersignale durch eine skalare Verstärkung von 1 vervielfacht und sind deshalb gleich den Nachbegrenzersignalen). Im Einregelmodus oder noch während des Ausschwingen werden die skalaren Verstärkungsbefehle kleiner als eins, so dass im Vergleich zu den Vorbegrenzersignalen die Nachbegrenzersignale verringert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann gleichzeitig eine Nutzerlautstärkeeinstellung unter Verwendung desselben Vervielfachers implementiert werden. In dieser Ausgestaltung umfassen die Bezugswerte den oder die vom Nutzer eingestellten Audiolautstärkebefehle, der oder die in Abhängigkeit der jeweiligen Audiosystemanwendung für beide Kanäle gleich oder unterschiedlich sein könnten.
Die Verstärkungsbefehlsblöcke 23 und 24 stellen Einregel- bzw. Ausschwingmodi zur Begrenzung in einer dem Stand der Technik bekannten Art bereit.
In einem typischen System wäre das Beschneidungserfassungssignal direkt an die Verstärkungsbefehlsblöcke 23 und 24 gekoppelt. In der Erfindung jedoch hängt die Einleitung der Begrenzung in jedem Kanal von einem ersten Begrenzungsbefehlsblock 25 bzw. einem zweiten Begrenzungsbefehlsblock 26 ab, die die Begrenzungsbefehlssignale an die Verstärkungsbefehlsblöcke liefern. Der Begrenzungsbefehlsblock 25 empfangt das erste Vorbegrenzeraudiosignal und das Beschneidungserfassungssignal. Der Begrenzungsbefehlsblock 26 empfangt das zweite Vorbegrenzeraudiosignal und das Beschneidungserfassungssignal. Alternativ könnten die Begrenzungsbefehlsblöcke 25 und 26 für das Arbeiten mithilfe der Nachbegrenzeraudiosignale ausgelegt sein. Sobald das Beschneidungserfassungssignal nicht aktiv ist, sind die von den Begrenzungsbefehlsblöcken an jeden Verstärkungsbefehlsblock gelieferten Begrenzungsbefehlssignale inaktiv, wodurch jeder Verstärkungsbefehlsblock in seinen Ausschwingmodus versetzt wird. Sobald das Beschneidungserfassungssignal aktiv ist, erfasst jeder Begrenzungsbefehlsblock eine Audioleistung von seinem jeweiligen Audiosignal, um festzustellen, ob es wahrscheinlich ist, dass dieser Kanal eine Ursache des Auftretens von Beschneidung ist, und wenn dem so ist, wird ein aktives Begrenzungsbefehlssignal an seinen entsprechenden Verstärkungsbefehlsblock geleitet, um ihn in seinen Einregelmodus zu versetzen.
Wie in 2 gezeigt, enthält der Begrenzungsbefehlsblock 25 einen Gleichrichter 30 zur Vollweggleichrichtung des Vorbegrenzeraudiosignals und zur Bereitstellung des gleichgerichteten Signals an einen Leistungsmessblock 31. Die Leistung wird vorzugsweise in einem mithilfe eines Gleitfensters von digitalen Abtastwerten des Vorbegrenzeraudiosignals festgelegten kurzen Zeitintervall gemessen. Block 31 könnte ein Signalmittler sein, in dem die gleichgerichteten Abtastwerte im Gleitfenster summiert und durch die Anzahl der Abtastwerte im Gleitfenster dividiert werden. Alternativ kann die Leistung mit geringerem Rechenaufwand durch Erfassung des Spitzenabtastwerts im Gleitfenster ermittelt werden. Der Leistungswert vom Leistungsdetektor 31 wird mit einem entsprechenden Leistungsschwellenwert in einem Vergleichsblock 32 verglichen, der einen hohen Logikpegel ausgibt, wenn die gemessene (oder berechnete) Leistung den Leistungsschwellenwert überschreitet. Der Leistungsschwellenwert könnte in Abhängigkeit zum Beispiel des Audiowegtyps unterschiedliche Werte für verschiedene Audiokanäle haben. Der Output von Vergleichsblock 32 wird in einem UND-Gatter mit einem invertierten Beschneidungserfassungssignal kombiniert, um das Begrenzungsbefehlssignal zwecks Aktivierung einer Verstärkungsbegrenzungsfunktion 36 im Verstärkungsbefehlsblock 23 zu erzeugen.
Die Höhe der mithilfe der Funktion 36 erzeugten Verstärkungsbegrenzung hängt von der Dauer ab, in der das Beschneidungssignal aktiv ist. Die Verstärkungsbegrenzung wächst von Null auf eine erste Rate (d. h. die Einregelrate), während das Beschneidungssignal aktiv bleibt. Falls das Beschneidungserfassungssignal eine außergewöhnlich lange Zeit aktiv ist, könnte die Verstärkungsbegrenzung eine vorher festgelegte Maximalverstärkungsbegrenzung erreichen und nicht weiter steigen. Wenn das Beschneidungssignal deaktiviert wird, sinkt die Verstärkungsbegrenzung gegen Null auf eine zweite Rate (d. h. die Ausschwingrate), die eine langsamere Rate als die Einregelrate ist. Die erzeugte Verstärkungsbegrenzung wird an einen Subtraktionseingang eines Summators 37 angelegt. Ein entsprechender Bezugswert (z. B. entweder ein Wert eins oder ein als Reaktion auf eine durch einen Hörer getätigte Lautstärkeregelknopfeinstellung festgelegter Audiolautstärkebefehl) wird an einen Additionseingang von Summator 37 angelegt und die daraus resultierende Summe als der skalare Verstärkungsbefehl an den entsprechenden Verstärkungsvervielfacher geliefert.
3 zeigt weitere Wechselwirkungsarten der Begrenzung verschiedener Audiokanäle. Es wird ein zweiter Leistungsverstärker 40 für zwei zusätzliche Audiokanäle gezeigt, wobei ein Audiosignal 3 und ein Audiosignal 4 mithilfe von DSP-Blöcken 41 bzw. 42 verarbeitet werden. Verstärkungsvervielfacher 43 und 44 liefern Nachbegrenzeraudiosignale an einen D/A-Wandler 45 bzw. 46. Ein Beschneidungserfassungssignal für Leistungsverstärker 40 wird an einen Verstärkungsbefehlsblock 47 zwecks Erzeugung von skalaren Verstärkungsbefehlen zurückgeführt, die an die Verstärkungsvervielfacher 43 und 44 geliefert werden. In der dargestellten Ausgestaltung werden die Audiosignale 3 und 4 gemeinsam begrenzt. Die Audiosignale 2, 3 und 4 könnten zum Beispiel Audiosignale für einen Mitteltonlautsprecher sein, während andere Audiosignale Hochton- oder Tieftonlautsprecher betreiben. In diesem Beispiel ist die Aktivierung einer gemeinsamen Begrenzung der Mitteltonlautsprecher erwünscht, obwohl sie nicht alle an denselben Leistungsverstärker und dieselbe Beschneidungserfassungsleitung gekoppelt sind. Deshalb könnte das Beschneidungserfassungssignal vom Verstärker 40 über einen Schalter 48 an einen invertierenden Eingang eines ODER-Gatters 50 gekoppelt werden. Der andere Eingang von ODER-Gatter 50 empfangt den Output eines UND-Gatters 33' und der Ausgang vom ODER-Gatter 50 liefert das Begrenzungsbefehlssignal zum Verstärkungsbefehlsblock 24. Damit wird, sobald die Audiosignale 3 und 4 in den Einregelmodus wechseln, das Audiosignal 2 ebenfalls in den Einregelmodus gezwungen.
Diese Funktion ist durch Schalter 48 wählbar. Durch Bereitstellung einer Matrix solcher Verbindungen innerhalb des DSP können konkurrierende Begrenzungsaktionen für jede Kombination von Audiokanälen programmiert werden. Wenn der Schalter 48 nicht mit einer Beschneidungserfassungsleitung verbunden ist, ist er mit einem hohen Logikpegel (d. h. einem inaktiven Beschneidungserfassungspegel) verbunden. Damit alle drei Kanäle immer gemeinsam in den Einregelmodus wechseln, würde ein ähnliches ODER-Gatter zwischen Verstärkungsbefehlsblock 47 und Beschneidungserfassungssignal vom Verstärker 40 geschaltet werden, wobei der zweite Eingang des ODER-Gatters zum Beispiel den Output vom UND-Gatter 33' empfangt.
Die Begrenzung der Audiosignale 3 und 4 ist als stets gemeinsam funktionierend dargestellt, so dass das Beschneidungserfassungssignal direkt zur Steuerung des Verstärkungsblocks verwendet werden kann (d. h. die Leistungspegelerfassung der Erfindung wird nicht auf diese Kanäle angewendet). Außerdem sind die Steueraudiokanäle an einen anderen Leistungsverstärker gekoppelt. In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Audiosignal in einem Kanal desselben Leistungsverstärkers, der ebenfalls das Leistungserfassungsverfahren verwendet, zur Steuerung eines anderen Kanals verwendet werden. Damit wird ein Audiosignal 5 mithilfe eines DSP-Blocks 52 zwecks Verstärkungsbegrenzung durch einen Verstärkungsvervielfacher 53 verarbeitet, der ein Nachbegrenzeraudiosignal an einen D/A-Wandler 54 liefert. Das Beschneidungserfassungssignal für Leistungsverstärker 17 ist an einen Begrenzungsbefehlsblock 55 gekoppelt, der ein Begrenzungsbefehlssignal an einen Verstärkungsbefehlsblock 56 liefert. Das Begrenzungsbefehlssignal wird außerdem an ein ODER-Gatter 51 im Begrenzungsbefehlsblock 25 für das Audiosignal 1 geliefert, was zur Begrenzung im ersten Audiokanal führt, sobald sich der fünfte Audiokanal in seinem Einregelmodus befindet.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Eingänge eines NAND-Gatters 57 an die Ausgänge der Leistungsvergleichsblöcke 32 und 32' gekoppelt und seine Ausgänge mit den dritter. Eingängen der UND-Gatters 33 und 33' verbunden. In dieser Ausgestaltung werden, wenn sich beide Kanäle in einem Hochleistungszustand befinden, beide Begrenzer deaktiviert (d. h. in den Ausschwingmodus versetzt), was bei einigen Anwendungen erwünscht sein könnte. NAND-Gatter 57 könnte über Kuppelschalter an andere logische Elemente gekoppelt werden, um diese Ausstattung ebenfalls DSP-programmierbar zu machen.

Claims

Audiosystem mit einem ersten und einem zweiten Audiokanal, umfassend: – erste und zweite Verstärkungsvervielfacher (13, 14), welche die jeweiligen Vorbegrenzeraudiosignale empfangen und die entsprechenden Nachbegrenzeraudiosignale als Reaktion auf korrespondierende skalare Verstärkungsbefehle erzeugen; – einen für die ersten und zweiten Nachbegrenzeraudiosignale zur Erzeugung der jeweiligen verstärkten Audiosignale empfindlichen Mehrkanalleistungsverstärker (17), wobei der Mehrkanalleistungsverstärker (17) einen Verzerrungsdetektor (18) enthält, der ein Beschneidungserfassungssignal (20) erzeugt, das aktiv ist, wenn das erste und/oder das zweite verstärkte Audiosignal eine Beschneidungsverzerrung oberhalb eines Verzerrungsschwellenwerts aufweist; – erste und zweite Verstärkungsbefehlsblöcke (23, 24), die mit den jeweiligen Verstärkungsvervielfachern (13, 14) zur Erzeugung der entsprechenden skalaren Verstärkungsbefehle als Reaktion auf jeweilige Bezugswerte und korrespondierende Begrenzerbefehlssignale gekoppelt sind, wobei sowohl die ersten als auch die zweiten Verstärkungsbefehlsblöcke (23, 24) in einen Einregelmodus wechseln, wenn das entsprechende Begrenzungsbefehlssignal aktiv ist, und in einen Ausschwingmodus, wenn das entsprechende Begrenzungsbefehlssignal nicht aktiv ist, wobei der Einregelmodus eine progressive Verringerung des jeweiligen skalaren Verstärkungsbefehls unter den entsprechenden Bezugswert umfasst und wobei der Ausschwingmodus ein progressives Ansteigen des jeweiligen skalaren Verstärkungsbefehls auf den entsprechenden Bezugswert umfasst; – erste und zweite Begrenzungsbefehlsblöcke (25, 26) zur Erfassung der jeweiligen Audioleistung an vorher festgelegten Punkten in den ersten und zweiten Audiokanälen, zum Vergleich jeder der ersten und zweiten erfassten Audioleistungen mit entsprechenden Leistungsschwellenwerten und zur Aktivierung des ersten oder zweiten Begrenzungsbefehlssignals, wenn das Beschneidungserfassungssignal (20) aktiv ist und wenn die jeweilige Audioleistung über dem entsprechenden Leistungsschwellenwert liegt.
Audiosystem nach Anspruch 1, wobei jeder der Begrenzungsbefehlsblöcke (25, 26) umfasst: – einen Gleichrichter (30) zur Gleichrichtung eines entsprechenden Audiosignals; – einen Leistungsmessblock (31), der ein gleichgerichtetes Signal vom Gleichrichter (30) empfängt und ein gemessenes Leistungssignal erzeugt; – eine Vergleichseinrichtung (32, 32') zum Vergleichen des gemessenen Leistungssignals mit einem entsprechenden Leistungsschwellenwert; – ein UND-Gatter (33, 33') zur Erzeugung eines entsprechenden Begrenzungsbefehlssignals als Reaktion auf die Vergleichseinrichtung (32, 32') und das Beschneidungserfassungssignal (20).
Audiosystem nach Anspruch 2, wobei der Leistungsmessblock (31) aus einem Mittler besteht, der einen Mittelwert des Vorbegrenzeraudiosignals als Reaktion auf ein Gleitfenster berechnet.
Audiosystem nach Anspruch 2, wobei der Leistungsmessblock (31) aus einem Spitzengleichrichter besteht.
Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einer der Begrenzungsbefehlsblöcke (25, 26), der einem bestimmten Audiokanal entspricht, zur Begrenzung eines anderen Audiokanals des Audiosystems empfindlich ist, so dass das Begrenzungsbefehlssignal des einen Begrenzungsbefehlsblocks (25, 26) aktiv ist, wenn ein Begrenzungssignal des anderen Audiokanals aktiv ist.
Audiosystem nach Anspruch 5, wobei der eine der Begrenzungsbefehlsblöcke (25, 26) umfasst: – einen Gleichrichter (30) zur Gleichrichtung eines entsprechenden Audiosignals; – einen Leistungsmessblock (31), der ein gleichgerichtetes Signal vom Gleichrichter (30) empfängt und ein gemessenes Leistungssignal erzeugt; – eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des gemessenen Leistungssignals mit einem entsprechenden Leistungsschwellenwert; – ein UND-Gatter (33, 33') zur Erzeugung eines Ausgangssignals als Reaktion auf die Vergleichseinrichtung und das Beschneidungserfassungssignal (20); – ein ODER-Gatter (50) zur Erzeugung eines Begrenzungsbefehlssignals des einen Begrenzungsbefehlsblocks (25, 26) als Reaktion auf das Ausgangssignal und das Begrenzungssignal vom anderen Audiokanal.
Audiosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Digitalsignalprozessor (10) zur Implementierung der Verstärkungsvervielfacher (13, 14), der Verstärkungsbefehlsblöcke (23, 24) und der Begrenzungsbefehlsblöcke (25, 26) und wobei das Audiosystem außerdem erste und zweite Digital/Analog-Wandler (15, 16) umfasst, die zwischen den jeweiligen Verstärkungsvervielfächern (13, 14) und dem Mehrkanalleistungsverstärker (17) gekoppelt sind.
Verfahren zur Begrenzung von Beschneidungsverzerrung in einem Mehrkanalaudiosystem mit mindestens ersten und zweiten Audiokanälen zur Verarbeitung erster und zweiter Audiosignale, wobei das Audiosystem einen Mehrkanalleistungsverstärker (17) mit einem eine Vielzahl von Kanälen des Verstärkers überwachenden Verzerrungsdetektor (18) enthält, die Schritte umfassend: – Erzeugen erster und zweiter Vorbegrenzeraudiosignale von einer Audioquelle; – Vervielfachen der ersten und zweiten Vorbegrenzeraudiosignale durch entsprechende skalare Verstärkungsbefehle zwecks Erzeugung von Nachbegrenzeraudiosignale, wobei die jeweiligen skalaren Verstärkungsbefehle die entsprechenden Bezugswerte enthalten; – Verstärken der ersten und zweiten Nachbegrenzeraudiosignale im Mehrkanalleistungsverstärker (17); – Erzeugen eines Beschneidungserfassungssignals (20) an einem aktiven Pegel, wenn der Verzerrungsdetektor (18) Verzerrung oberhalb eines Verzerungsschwellenwerts in einem beliebigen Kanal des Verstärkers (17) erfasst; – Messen auf die jeweiligen ersten oder zweiten Audiosignale empfindlicher erster und zweiter Audioleistungswerte; – Vergleichen der ersten und zweiten Audioleistungswerte mit entsprechenden Leistungsschwellenwerten; – Aktivieren von ersten und zweiten Begrenzungsbefehlssignalen, wenn das Beschneidungserfassungssignal (20) aktiv ist und wenn der entsprechende Audioleistungswert über dem entsprechenden Leistungsschwellenwert liegt; – Modifizieren des ersten skalaren Verstärkungsbefehls in einem ersten Einregelmodus, wenn das erste Begrenzungsbefehlssignal aktiv ist, wobei der erste Einregelmodus eine progressive Verringerung des ersten skalaren Verstärkungsbefehls unter den ersten Bezugswert umfasst; – Wiederherstellen des ersten skalaren Verstärkungsbefehls in einem ersten Ausschwingmodus, wenn das erste Begrenzungsbefehlssignal nicht aktiv ist, wobei der erste Ausschwingmodus ein progressives Ansteigen des ersten skalaren Verstärkungsbefehls auf den ersten Bezugswert umfasst; – Modifizieren des zweiten skalaren Verstärkungsbefehls in einem zweiten Einregelmodus, wenn das zweite Begrenzungsbefehlssignal aktiv ist, wobei der zweite Einregelmodus eine progressive Verringerung des zweiten skalaren Verstärkungsbefehls unter den zweiten Bezugswert umfasst; – Wiederherstellen des zweiten skalaren Verstärkungsbefehls in einem zweiten Ausschwingmodus, wenn das zweite Begrenzungsbefehlssignal nicht aktiv ist, wobei der zweite Ausschwingmodus ein progressives Ansteigen des zweiten skalaren Verstärkungsbefehls auf den zweiten Bezugswert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Messen von ersten und zweiten Audioleistungswerten umfasst: – Gleichrichten der ersten und zweiten Vorbegrenzeraudiosignale; – Mitteln der Vorbegrenzeraudiosignale entsprechend der vorher festgelegten Gleitfenster.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt zum Messen von ersten und zweiten Audioleistungswerten umfasst: – Gleichrichten der ersten und zweiten Vorbegrenzeraudiosignale; und – Erfassen von Spitzen der Vorbegrenzeraudiosignale.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, außerdem die Schritte umfassend: – unabhängiges Begrenzen eines dritten Audiokanals als Reaktion auf Beschneidungsverzerrung; – Aktivieren des ersten Begrenzungsbefehlssignals als Reaktion auf die aktive Begrenzung des dritten Audiokanals.