DE19524843A1

DE19524843A1 - Matching audio reproduction transmission function to human hearing characteristic - involves sound volume being monitored and used to control compensating filters to modify system transfer function characteristics

Info

Publication number: DE19524843A1
Application number: DE1995124843
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Phys Wiemann
Original assignee: T & A Elektroakustik GmbH
Current assignee: T & A Elektroakustik GmbH
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-16

Abstract

The volume of a reproduced audio signal is monitored by a detector [7] and the signal used by a controller [8] to adjust a pair of compensating elements [3,4] that can be variable mechanical or acoustic filters to modify the frequency characteristic to achieve optimum reproduction.The input to the volume detector is taken from the input to the power amplifier [5]. The system operates such that the transfer function characteristics of the sound reproduction system is modified to that of the human system USE/ADVANTAGE : Electronic entertainment systems. Has reproduction characteristics of human auditory system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Anpassen der Übertragungsfunktion einer elektroaku stischen Wiedergabeanlage mit Verstärker- und Lautsprecher systemen an die menschliche Gehörcharakteristik.The invention relates to a method and a Vorrich device for adapting the transfer function of an electro-battery tical playback system with amplifier and speakers systems to human hearing characteristics.

Bei einer elektroakustischen Wiedergabeanlage zum Wie dergeben von Musik, Sprache oder anderen Schallereignissen unter Wohnraumbedingungen ergibt sich das Problem, daß die Wiedergabe in der Regel nicht mit dem gleichen Schalldruck pegel erfolgt, der bei der Aufnahme des Originals vorlag. Da das menschliche Gehör eine ausgeprägte Abhängigkeit seiner spektralen Empfindlichkeit vom Schalldruckpegel aufweist, führt das zu störenden Veränderungen des Klangbildes bei der Wiedergabe. In an electro-acoustic reproduction system for how given by music, speech or other sound events the problem arises under living space conditions that the Playback usually not with the same sound pressure level that existed when the original was recorded. There human hearing a pronounced dependency on its has spectral sensitivity from the sound pressure level, this leads to disturbing changes in the sound pattern in the Reproduction.

Es ist bereits versucht worden, dieses Problem dadurch zu beseitigen, daß der Frequenzgang des Lautsprechersystems mit einer Baß- und Höhenanhebung ausgelegt wird, um dadurch eine Klangkorrektur bei der Wiedergabelautstärke zu errei chen, die in der Regel niedriger als die Aufnahmelautstärke ist. Dieses Verfahren ist insofern unbefriedigend, als die Korrektur lediglich für einen Wert der Wiedergabelautstärke genau stimmen kann.This problem has already been tried eliminate that the frequency response of the speaker system is designed with a bass and treble boost to thereby to achieve a sound correction at the playback volume Chen, which is usually lower than the recording volume is. This method is unsatisfactory in that Correction only for a value of the playback volume can be exactly right.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, physiologische Lautstärkesteller oder Loudness-Schaltungen vorzusehen, die den Frequenzgang der Wiedergabe in Abhängigkeit vom Drehwin kel des Lautstärkestellers entzerren. Eine derartige dreh winkelabhängige Korrektur ist beispielsweise aus der DE 38 37 538 A1 bekannt. Gemäß DE 38 37 538 A1 soll die in den Fig. 13 bis 15 dargestellte bekannte drehwinkelabhängige Korrektur so abgewandelt werden, daß bei Pegeln oberhalb eines gewissen Grenzwertes auch Absenkungen des Signals möglich sind. Dazu sind feste Filter vorgesehen, wie es in Fig. 21 der DE 38 37 538 A1 dargestellt ist, die auf das Eingangssignal ansprechen und ihre Ausgangssignale an An zapfungen des Lautstärkestellers abgeben, wo sie je nach dessen Stellung mehr oder weniger stark zum Ausgangssignal des Lautstärkestellers beitragen.It has already been proposed to provide physiological volume controls or loudness circuits that equalize the frequency response of the playback as a function of the angle of rotation of the volume control. Such a rotation-dependent correction is known for example from DE 38 37 538 A1. According to DE 38 37 538 A1, the known rotation angle-dependent correction shown in FIGS. 13 to 15 is to be modified such that lowering of the signal is also possible at levels above a certain limit value. For this purpose, fixed filters are provided, as shown in Fig. 21 of DE 38 37 538 A1, which respond to the input signal and emit their output signals to taps of the volume control, where they are more or less strongly dependent on the position of the output signal of the volume control contribute.

Bei einer derartigen bekannten drehwinkelabhängigen Korrektur besteht jedoch das Problem, daß zwischen dem Dreh winkel und der Lautheit der Wiedergabe kein fester Zusammen hang besteht. Dem Hersteller von Verstärkersystemen sind in der Regel der Wirkungsgrad des in Verbindung mit dem Ver stärkersystem benutzten Lautsprechersystems, dessen exakter Frequenzgang und dessen dynamische Eigenschaften wie z. B. Kompressionseffekte bei hohen Schalldruckpegeln nicht be kannt, die eine Nichtlinearität des abgegebenen Schallpe gels, bezogen auf den Pegel des Ausgangssignals des Verstär kers, zur Folge haben. Darüber hinaus sind der Aufnahmepegel und der Ausgangspegel der Signalquelle in der Regel nicht bekannt. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß un terschiedliche Programmaterialien mit unterschiedlichen spektralen Verteilungen der Signalkomponenten oder unter schiedlicher Dynamik selbst bei gleichem Schalldruckpegel subjektiv durchaus als unterschiedlich laut empfunden werden können.In such a known rotation angle dependent Correction, however, there is the problem that between the shoot angles and the loudness of the playback are not a fixed relationship slope exists. The manufacturer of amplifier systems are in usually the efficiency of the in connection with the Ver amplifier system used speaker system, its more precise Frequency response and its dynamic properties such as B. Compression effects at high sound pressure levels are not be knows the non-linearity of the sound output gels, based on the level of the output signal of the amplifier kers, result. In addition, the recording level and the output level of the signal source is usually not known. Another difficulty is that un Different program materials with different spectral distributions of the signal components or under different dynamics even at the same sound pressure level subjectively perceived as differently loud can.

Gemäß Fig. 10 der DE 38 37 538 A1 sind feste Filter vorgesehen, die auf das Eingangssignal ansprechen und deren Ausgangssignale nichtlineare Verstärker steuern, die in Abhängigkeit des an ihren Eingängen anliegenden elektrischen Signalpegels eine mehr oder weniger große Verstärkung ihres Eingangsignales vornehmen und das in dieser Weise verstärkte Signal dem Ausgangssignal der Anordnung zuaddieren. Eine derartige Anordnung ist in ihrer Wirkung nicht mehr vom Drehwinkel des Lautstärkerstellers, sondern allein vom elek trischen Signalpegel abhängig. Dadurch kann die Abhängigkeit von dem von der Quelle gelieferten Pegel beseitigt werden.According to FIG. 10 of DE 38 37 538 A1, fixed filters are provided which respond to the input signal and whose output signals control nonlinear amplifiers which, depending on the electrical signal level present at their inputs, carry out a more or less large amplification of their input signal and this in this Way amplified signal to add the output signal of the arrangement. Such an arrangement is no longer dependent on the angle of rotation of the volume control, but solely on the electrical signal level. This eliminates the dependency on the level supplied by the source.

Auch diese Anordnung ist jedoch mit einer Reihe von Mängeln verbunden. Zum einen wird für die Loudness-Korrektur nur der von den Filtern herausgefilterte tief- und hochfre quente Teil des Signalspektrums herangezogen. Der für das subjektive Lautheitsempfinden wichtigste mittlere Frequenz bereich des Spektrums bleibt für die Korrektur unberücksich tigt. Das führt zu unzulässigen tonalen Verschiebungen der Wiedergabe. Zum zweiten gehen die spezifischen Eigenschaften der verwendeten Schallwandler nicht ein, so daß z. B. wir kungsgradbedingte Lautstärkeunterschiede der Wiedergabe unberücksichtigt bleiben. Zum dritten führt die Verwendung von nicht linearen Verstärkern und Begrenzerschaltungen im Signalweg zu Signalverzerrungen, die bei hochwertiger Musik wiedergabe nicht toleriert werden können. However, this arrangement also comes with a number of Defects connected. Firstly, for the loudness correction only the low and high frequency filtered out by the filters quent part of the signal spectrum used. The one for that subjective loudness perception most important medium frequency region of the spectrum remains unconsidered for the correction does. This leads to inadmissible tonal shifts in the Reproduction. Second, there are the specific properties the transducer used is not a, so that z. B. we Differences in volume due to the degree of playback to be disregarded. The third leads to use of non-linear amplifiers and limiter circuits in the Signal path to signal distortion associated with high quality music playback cannot be tolerated.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die oben be schriebene drehwinkelabhängige Korrekturschaltung durch eine von Hand durch den Benutzer auf den Lautsprecherwirkungsgrad und den Signalquellenpegel einstellbare Korrekturschaltung zu ergänzen. Es ist dabei allerdings als nachteilig anzuse hen, daß der Benutzer umfangreiche Hörtests durchführen muß, um die Einstellung vornehmen zu können. Darüber hinaus ist es nicht möglich, dem dynamischen Kompressionsverhalten des Lautsprechersystems Rechnung zu tragen. Um die Auswirkungen unterschiedlicher Programmaterialien zu berücksichtigen, müßte die Einstellung sogar für jede Aufnahme erneut durch geführt werden.It has also already been suggested that the above be Written angle-dependent correction circuit by a manually by the user on the speaker efficiency and correction circuit adjustable for the signal source level to complete. However, it is considered to be disadvantageous hen that the user has to carry out extensive hearing tests, to be able to make the setting. Beyond that it is not possible to change the dynamic compression behavior of the Speaker system to take into account. To the impact different program materials, the setting would even have to be repeated for each shot be performed.

Aus der DE-OS-29 23 307 ist weiterhin eine Verstärker anlage für eine elektroakustische Wiedergabeanlage bekannt, bei der eine Entzerrerschaltung mit fester Entzerrung vor gesehen ist, die über ein am Leistungsverstärker abgegriffe nes Rückkopplungssignal überbrückt werden kann, um im Über lastfalle in den Bereichen, in denen die größte Verstärkung vorliegt, die Entzerrung zurückzufahren. Eine Anpassung der Übertragungsfunktion an die menschliche Gehörcharakteristik, d. h. eine Lautheitskorrektur erfolgt dabei nicht.From DE-OS-29 23 307 is still an amplifier known for an electroacoustic reproduction system, where an equalization circuit with fixed equalization before is seen, which is tapped on the power amplifier Nes feedback signal can be bridged to in the over load trap in the areas where the greatest reinforcement is present to reduce the equalization. An adaptation of the Transfer function to human hearing characteristics, d. H. there is no loudness correction.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine fehlerfreie Anpassung der Übertragungsfunktion der elektroakustischen Wiedergabeanlage an die menschliche Gehörcharakteristik erlauben.The object underlying the invention is in contrast, in a method and an apparatus of to create an error-free Adaptation of the transfer function of the electroacoustic Playback system for human hearing characteristics allow.

Das soll insbesondere ohne die Notwendigkeit von Ein stell- oder Abgleicharbeiten auf Seiten des Benutzers er reicht werden.This is said to be particularly the case without the need of A adjustment or adjustment work on the part of the user be enough.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Lautheit des von der Wiedergabeanla ge wiedergegebenen Signals ermittelt und die Übertragungs funktion der Wiedergabeanlage in Abhängigkeit von der er mittelten Lautheit verändert wird.This object is achieved in the method according to the invention solved in that the loudness of the playback system reproduced signal determined and the transmission function of the playback system depending on the he average loudness is changed.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das dadurch erreicht, daß eine steuerbare Einrichtung zur Änderung der Übertragungsfunktion der Wiedergabeanlage und eine Einrich tung zum Ermitteln der Lautheit des von der Wiedergabeanlage wiedergegebenen Signals vorgesehen sind, deren Ausgangssig nal als Steuersignal an der steuerbaren Einrichtung zur Änderung der Übertragungsfunktion der Wiedergabeanlage liegt.In the device according to the invention, this becomes achieved that a controllable device for changing the Transfer function of the playback system and a Einrich device for determining the loudness of the playback system reproduced signal are provided, the output signal nal as a control signal on the controllable device for Change the transfer function of the playback system lies.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfin dungsgemäßen Vorrichtung wird die tatsächliche Lautheit des wiedergegebenen Signals ermittelt und als Steuergröße für die Übertragungsfunktion, d. h. den Frequenzgang der Wieder gabeanlage, verwandt, so daß sich für den Hörer unabhängig von der gewählten Abhörlautstärke immer ein gleichbleibendes korrektes Klangbild ergibt.In the method according to the invention and in the invented device according to the actual loudness of the reproduced signal determined and as a control variable for the transfer function, d. H. the frequency response the re Gabeanlage, related, so that the listener is independent of the selected listening volume always a constant results in correct sound.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungs gemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 7. Besonders bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 9 bis 14.Particularly preferred embodiments of the Invention According to the method are the subject of claims 2 to 7. Particularly preferred designs of the invention Device are the subject of claims 9 to 14.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungs gemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben. Es zeigenThe following are based on the associated drawing particularly preferred embodiments of the invention according to the method and the device according to the invention described in more detail. Show it

Fig. 1 in einem Blockschaltbild ein erstes Ausführungs beispiel, Fig. 1, for example in a block diagram of a first execution,

Fig. 2 in einem Blockschaltbild den Aufbau einer Schal tung zum Ermitteln der Lautheit für das in Fig. 1 darge stellte Ausführungsbeispiel und Fig. 2 in a block diagram shows the structure of a scarf device for determining the loudness for the embodiment shown in Fig. 1 Darge and

Fig. 3 das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungs beispiels. Fig. 3 shows the block diagram of a second embodiment example.

In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild eine elektroaku stische Wiedergabeanlage aus einer Signalquelle 1, einem Vorverstärker mit Lautstärkesteller 2, einem Tieftonentzer rerfilter 3, einem Hochtonentzerrerfilter 4, einem Lei stungsverstärker 5 und einem Lautsprecher 6 dargestellt, die hintereinander geschaltet den Übertragungskanal bilden.In Fig. 1, an electro-acoustic reproduction system from a signal source 1 , a preamplifier with volume control 2 , a low-frequency filter 3 , a high-frequency equalizer filter 4 , a power amplifier 5 and a loudspeaker 6 , which are connected in series to form the transmission channel, is shown in a block diagram.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist weiterhin eine Schaltung 7 zur Ermittlung der Lautheit des wiedergegebenen Signals vorgesehen, deren Ausgangssignal über eine nachge schaltete Steuerschaltung an den Entzerrerfiltern 3 und 4 liegt und die Frequenzgänge der Entzerrerfilter 3 und 4 so verändert, daß der für die jeweils momentane Abhörlautstärke optimale Wiedergabefrequenzgang entsteht. Der Abgriff des Eingangssignals für den Lautheitsdetektor 7 liegt vorzugs weise hinter dem Vorverstärker mit Lautstärkesteller 2, nämlich bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hinter den Entzerrerfiltern 3 und 4 und vor dem Leistungs verstärker 5 und bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel hinter dem Leistungsverstärker 5. Ein Abgriff des Eingangssignals des Lautheitsdetektors 7 vor dem Vorver stärker mit Lautstärkesteller 2 würde bedeuten, daß zusätz lich die Position des Lautstärkestellers im Vorverstärker 2 ermittelt und in der Lautheitsermittlung im Lautheitsdetek tor 7 in geeigneter Weise mitberücksicht werden müßte.As shown in Fig. 1, a circuit 7 is also provided for determining the loudness of the reproduced signal, the output signal of which is connected via a control circuit connected to the equalizer filters 3 and 4 and the frequency responses of the equalizer filters 3 and 4 are changed so that the optimum playback frequency response is created for the current listening volume. The tap of the input signal for the loudness detector 7 is preferably behind the preamplifier with volume control 2 , namely in the embodiment shown in FIG. 1 behind the equalizer filters 3 and 4 and before the power amplifier 5 and in the embodiment shown in FIG the power amplifier 5 . A tap of the input signal of the loudness detector 7 before the Vorver stronger with volume control 2 would mean that additional Lich the position of the volume control in the preamplifier 2 was determined and would have to be taken into account in the loudness determination in the loudness detector 7 in a suitable manner.

In Fig. 2 ist in einem Schaltbild der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung aus Lautheits detektor 7 und Steuerschaltung 8 zum Ermitteln der Lautheit des wiedergegebenen Signals und zur Steuerung der Entzerrer filter 3, 4 dargestellt.In Fig. 2, the structure of an embodiment of the circuit arrangement of loudness detector 7 and control circuit 8 for determining the loudness of the reproduced signal and for controlling the equalizer filter 3 , 4 is shown in a circuit diagram.

Bei diesem Ausführungsbeispiel tastet ein Analogdigi talwandler 10 das wiederzugebende elektrische Signal an der in Fig. 1 und Fig. 3 jeweils dargestellten Stelle ab. Dem Analogdigitalwandler 10 ist ein Bewertungsfilter 11 nach geschaltet, dessen Übertragungsfunktion annähernd der Emp findlichkeitskurve des menschlichen Gehörs bei mittleren Pegeln entspricht. Hierzu kann beispielsweise die IEC B Bewertungskurve eingesetzt werden. Das bewertete Signal vom Bewertungsfilter 11 wird in einem Vollweggleichrichter 12 gleichgerichtet und mittels eines nachgeschalteten Tiefpaß filters 13 gemittelt. Als Tiefpaßfilter 13 kann ein Filter erster Ordnung mit einer Zeitkonstante von ca. 3 Sekunden vorzugsweise eingesetzt werden. Das Ausgangssignal des Tief paßfilters 13 liegt über einen Summierer 14 an einer Korrek turstufe 15. In dieser Korrekturstufe 15 wird anhand des Wertes des Eingangssignals S1 der wahre Wert der Lautheit der Wiedergabe ermittelt. Das kann beispielsweise mittels einer Nachschlagtabelle erfolgen, in der die relevanten Parameter des Leistungsverstärkers 5 und des Lautsprechers 6 gespeichert sind. Bei elektroakustischen Seriengeräten der Unterhaltungselektronik, die in der Regel unter annähernd gleichen Abhörbedingungen betrieben werden, reichen diese Parameter beispielsweise der Frequenzgang und dynamischen Eigenschaften des Lautsprechers aus. Für den Einsatz in Großbeschallungsanlagen können in die Nachschlagtabelle weitere Parameter wie beispielsweise die Größe und die Ab sorptionseigenschaften des beschallten Raumes und der mitt lere Hörabstand eingehen, um das Ergebnis weiter zu verbes sern. Der in dieser Weise ermittelte Wert der Lautheit liegt über eine variable Verstärkerstufe 16 an einer zweiten Kor rekturstufe 17, die gleichfalls nach einem Tabellenkorrek turverfahren arbeiten kann. In der dabei benutzten Tabelle sind die zu jedem Wert der Lautheit passenden Steuerwerte für die variablen Entzerrerfilter 3, 4 eingetragen. Es ver steht sich, daß anstelle einer einzigen Tabelle auch mehrere umschaltbare Tabellen vorgesehen sein können, mit deren Hilfe eine Anpassung der Frequenzgangentzerrung an die Auf stellungsbedingungen der Lautsprecherbox realisiert werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise die bekannte Anhe bung im Bereich tiefer Frequenzen bei Aufstellungsorten in Wand- oder Ecknähe kompensiert werden.In this embodiment, a Analogdigi samples the reproduced electric signal to the in Fig. 1 and Fig. 3 position in each case shown talwandler 10th The analog-to-digital converter 10 is followed by an evaluation filter 11 , the transfer function of which approximately corresponds to the sensitivity curve of the human ear at medium levels. The IEC B evaluation curve can be used for this purpose, for example. The weighted signal from the weighting filter 11 is rectified in a full-wave rectifier 12 and averaged by means of a downstream low-pass filter 13 . A first-order filter with a time constant of approximately 3 seconds can preferably be used as the low-pass filter 13 . The output signal of the low pass filter 13 is via a summer 14 at a correction stage 15th In this correction stage 15 , the true value of the loudness of the reproduction is determined on the basis of the value of the input signal S1. This can be done, for example, using a look-up table in which the relevant parameters of the power amplifier 5 and the loudspeaker 6 are stored. In the case of standard electroacoustic consumer electronics devices, which are usually operated under approximately the same listening conditions, these parameters are sufficient, for example, the frequency response and dynamic properties of the loudspeaker. For use in large public address systems, additional parameters such as the size and absorption properties of the soundproofed room and the average listening distance can be included in the look-up table in order to further improve the result. The value of the loudness determined in this way is via a variable amplifier stage 16 at a second correction stage 17 , which can likewise operate according to a table correction method. The appropriate control values for the variable equalizer filters 3 , 4 are entered in the table used for each value of the loudness. It is understood that instead of a single table, several switchable tables can also be provided, with the aid of which an adaptation of the frequency response equalization to the setting conditions of the loudspeaker can be realized. For example, the known increase in the range of low frequencies at locations near the wall or near the corner can be compensated in this way.

Die Ausgangssignale der Korrekturstufe 17 werden über einen Digitalanalogwandler 18 in analoge Spannungssignale umgewandelt, die die Übertragungsfunktion der Entzerrerfil ter 3 und 4 steuern. Diese Entzerrerfilter 3 und 4 können zu diesem Zweck, beispielsweise als RC-Filter ausgelegt sein, die als steuerbare variable Widerstände, z. B. Feldeffekt transistoren enthalten. Es kann aber in gleicher Weise jedes andere variable Filter eingesetzt werden.The output signals of the correction stage 17 are converted via a digital-to-analog converter 18 into analog voltage signals which control the transfer function of the equalizer filters 3 and 4 . This equalizer filter 3 and 4 can be designed for this purpose, for example as an RC filter, which can be used as controllable variable resistors, e.g. B. contain field effect transistors. However, any other variable filter can be used in the same way.

Falls die Entzerrerfilter 3 und 4 mehrere unterschied liche Steuersignale benötigen, wird die Schaltung um eine entsprechende Anzahl weiterer Korrekturstufen 17a, 17b sowie weiterer Digitalanalogwandler 18a, 18b usw. erweitert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.If the equalizer filters 3 and 4 require several different control signals, the circuit is expanded by a corresponding number of further correction stages 17 a, 17 b and further digital analog converters 18 a, 18 b, etc., as shown in FIG. 2.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß der Ein fluß des Programmaterials insbesondere die Dynamik des wie derzugebenden Signals bei der Ermittlung und Bewertung der Lautheit nicht außer Acht gelassen werden sollte. Zu diesem Zweck können weiterhin gemäß Fig. 2 ein Signalspeicher 19, ein Maximumsdetektor 20 und ein Vergleicher 21 vorgesehen sein. Der Signalspeicher 19 ist als FIFO-Speicher, d. h. als Speicher mit Eingangsfolgebearbeitung, organisiert. Im Spei cher 19 werden die Pegelwerte der letzten vorhergehenden Signale gespeichert. Das daraus vom Maximumsdetektor 20 er mittelte Maximum S3 wird im Vergleicher 21 mit dem von der variablen Verstärkerstufe 16 gelieferten Signalmittelwert S2 verglichen. Das bei diesem Vergleich ermittelte Verhältnis dient als Maß für die momentane Dynamik des wiederzugebenden Signals. Der Signalspeicher 19 sollte eine Tiefe von wenig stens einer, besser jedoch von drei Sekunden haben, und die Dynamikbewertung im Vergleicher 21 sollte etwa alle 0,3 Sekunden, wenigstens jedoch einmal pro Sekunde erfolgen.It has been found in practice that the influence of the program material, in particular the dynamics of the signal to be reproduced, should not be disregarded when determining and evaluating the loudness. For this purpose, a latch 19, a maximum detector 20 and a comparator can continue as shown in FIG. 2 to be 21 are provided. The signal memory 19 is organized as a FIFO memory, ie as a memory with input sequence processing. The level values of the last preceding signals are stored in the memory 19 . The maximum S3 derived therefrom by the maximum detector 20 is compared in the comparator 21 with the signal mean value S2 supplied by the variable amplifier stage 16 . The ratio determined in this comparison serves as a measure of the momentary dynamics of the signal to be reproduced. The signal memory 19 should have a depth of at least one, but better of three seconds, and the dynamic evaluation in the comparator 21 should take place approximately every 0.3 seconds, but at least once per second.

Der Vergleicher 21 steuert über sein Ausgangssignal die variable Verstärkerstufe 16 derart, daß bei hoher Signaldy namik ein hoher Verstärkungsfaktor und bei geringer Signal dynamik ein niedriger Verstärkungsfaktor eingestellt wird. In dieser Weise wird der ermittelte Wert der Lautheit bei hoher Signaldynamik nach oben und bei geringer Signaldynamik nach unten korrigiert.The comparator 21 controls the output of the variable amplifier stage 16 in such a way that with high signal dynamics a high gain factor and with low signal dynamics a low gain factor is set. In this way, the determined value of the loudness is corrected upwards with high signal dynamics and downwards with low signal dynamics.

Die Einstellung des Verstärkungsfaktors der Verstärker stufe 16 sollte vorzugsweise so erfolgen, daß das Verhältnis der Signale S3 und S2 im Mittel bei etwa 2 bis 3 liegt. Ein dem Vergleicher 21 nachgeschalteter Tiefpaß 22 verhindert zu abrupte Änderungen in der Einstellung des Verstärkungsfak tors der Verstärkerstufe 16. Dadurch werden Instabilitäten in der Tonalität der Wiedergabe vermieden.The setting of the amplification factor of the amplifier stage 16 should preferably be such that the ratio of the signals S3 and S2 is on average about 2 to 3. A low-pass filter 22 connected downstream of the comparator 21 prevents abrupt changes in the setting of the amplification factor of the amplifier stage 16 . This avoids instabilities in the tonality of the reproduction.

Weiterhin sollte die Schaltung ein schnelles Ansprech vermögen bei plötzlichen Pegelsprüngen des wiederzugebenden Signals haben. Zu diesem Zweck kann ein Spitzendetektor 23 vorgesehen sein, an dem das Eingangssignal S0 und das Aus gangssignal S2 der Verstärkerstufe 16 liegen und der dann anspricht, wenn der Momentanwert des Eingangssignals S0 den Mittelwert S2 der Lautheit um einen gegebenen Betrag über schreitet. Bei einer solchen Überschreitung wird zum Aus gangssignal des Tiefpaßfilters 13 das mit einem Koeffizien ten k1 multiplizierte Eingangssignal S0 zuaddiert. Das Aus gangssignal des Summierers 14, der diese Addition ausführt, folgt dem Eingangssignal S0 bei plötzlich auftretenden ex tremen Pegelspitzen dadurch nicht mit der trägen Impulsant wort des Tiefpaßfilters 13, sondern mit einer höheren Reak tionsgeschwindigkeit über den Signalnebenpfad, der über ein entsprechendes Koeffizientenglied 25 und einen Schalter 24 geht. Günstige Wert für das Ansprechen des Spitzendetektors 23 liegen bei einer Pegeldifferenz der Signale S2 und S0 von etwa +15 dB. Der Koeffizient k1 kann einen Wert von etwa 0,3 haben.Furthermore, the circuit should have a quick response in the event of sudden level jumps in the signal to be reproduced. For this purpose, a peak detector 23 can be provided at which the input signal S0 and the output signal S2 are from the amplifier stage 16 and which responds when the instantaneous value of the input signal S0 exceeds the mean value S2 of the loudness by a given amount. If this is exceeded, the input signal S0 multiplied by a coefficient k1 is added to the output signal of the low-pass filter 13 . The output signal from the summer 14 , which carries out this addition, follows the input signal S0 in the event of suddenly occurring extreme level peaks, not with the slow impulse response of the low-pass filter 13 , but with a higher reaction speed via the signal secondary path, which has a corresponding coefficient element 25 and a switch 24 goes. Favorable values for the response of the peak detector 23 are at a level difference of the signals S2 and S0 of approximately +15 dB. The coefficient k1 can have a value of approximately 0.3.

Noch bessere Ergebnisse werden dann erzielt, wenn statt eines einzigen Signalnebenpfades zwei derartige Signalneben pfade vorgesehen sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der zweite Signalnebenpfad, der ein Koeffizientenglied 28 mit einem Koeffizienten k2 und einen Schalter 27 umfaßt, wird von einem weiteren Spitzendetektor 26 gesteuert. Bei zwei Signalnebenpfaden liegt die Ansprechschwelle des Spitzende tektors 23 vorzugsweise bei +12 dB, liegt die Ansprech schwelle des Spitzendetektors 26 vorzugsweise bei +18 dB und betragen die Koeffizienten k1 = 0,13 und k2 = 0,25.Even better results are achieved if, instead of a single signal secondary path, two such signal secondary paths are provided, as is shown in FIG. 2. The second signal secondary path, which comprises a coefficient element 28 with a coefficient k2 and a switch 27 , is controlled by a further peak detector 26 . In the case of two secondary signal paths, the response threshold of the peak end detector 23 is preferably +12 dB, the response threshold of the peak detector 26 is preferably +18 dB and the coefficients k1 = 0.13 and k2 = 0.25.

Es ist möglich, die Korrekturstufen 15 und 17 zu einer einzigen Korrekturstufe zu vereinigen, ohne eine gravierende Verschlechterung des Ergebnisses befürchten zu müssen. Das ist insbesondere dann möglich, wenn die dynamischen Eigen schaften des verwendeten Lautsprechersystems keine allzu großen Nichtlinearitäten (Kompression) aufweisen. Die Kor rekturstufe 17 kann in diesem beschriebenen Fall die Gesamt korrektur vornehmen, so daß die Korrekturstufe 15 entfällt. Das erlaubt es gleichfalls, auf die variable Verstärkerstufe 16 zu verzichten und statt dessen das Tiefpaßfilter 13 mit variablem Koeffizienten zu verwirklichen.It is possible to combine correction levels 15 and 17 into a single correction level without having to fear a serious deterioration in the result. This is particularly possible if the dynamic properties of the loudspeaker system used do not have excessive non-linearities (compression). The correction stage 17 can make the overall correction in this case, so that the correction stage 15 is omitted. This also makes it possible to dispense with the variable amplifier stage 16 and instead to implement the low-pass filter 13 with a variable coefficient.

Die Ausbildung der oben beschriebene Schaltung zur Ermittlung der Lautheit des übertragenen Signals ist statt mit der bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel benutzten digitalen Mikro- oder Signalprozessortechnik auch in ähnlicher Weise mit analoger Schaltungstechnik möglich. Für alle Schaltungsteile gibt es direkt entsprechende analo ge Schaltungen. Statt der Tabellen 15 und 17 können bei einer Realisierung in analoger Schaltungstechnik analoge Rechenschaltungen oder Schaltungen mit geeigneten nichtli nearen Kennlinien verwandt werden. Bei der analogen Ausfüh rung der Schaltung entfallen natürlich die Analogdigital- und Digitalanalogwandler 10 und 18.The configuration of the circuit described above for determining the loudness of the transmitted signal is also possible in a similar manner with analog circuit technology instead of with the digital micro- or signal processor technology used in the exemplary embodiment shown in FIG. 2. Corresponding analog circuits are available for all circuit parts. Instead of Tables 15 and 17, analog arithmetic circuits or circuits with suitable nonlinear characteristics can be used in an implementation in analog circuit technology. In the analog execution of the circuit, of course, the analog-digital and digital-to-analog converters 10 and 18 are omitted.

Die Schaltung kann weiterhin so ausgebildet sein, daß die variablen Entzerrerfilter 3 und 4 mittels eines digita len Signalprozessors realisiert sind.The circuit can also be designed so that the variable equalizer filters 3 and 4 are realized by means of a digital signal processor.

Es ist weiterhin möglich, das Bewertungsfilter 11 und den Vollweggleichrichter 12 analog auszuführen und den Ana logdigitalwandler 10 hinter dem Vollweggleichrichter 12 anzuordnen. Der Vorteil dieser Ausbildungsvariante besteht darin, daß der interessierende Signalpegel nicht mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Signal selbst variiert. Die obere Grenzfrequenz des Pegelsignals kann daher wesentlich niedriger angesetzt werden, so daß sich die notwendige Ab tastfrequenz für den Analogdigitalwandler deutlich redu ziert. Auch an die Rechengeschwindigkeit des verwendeten Prozessors werden unter diesen Bedingungen geringere Anfor derungen gestellt, was den Einsatz eines preiswerten Mikro controllers möglich macht.It is also possible to carry out the evaluation filter 11 and the full-wave rectifier 12 analogously and to arrange the ana digital converter 10 behind the full-wave rectifier 12 . The advantage of this design variant is that the signal level of interest does not vary at the same speed as the signal itself. The upper limit frequency of the level signal can therefore be set much lower, so that the necessary sampling frequency for the analog digital converter is significantly reduced. Under these conditions, the computing speed of the processor used is also less demanding, which makes it possible to use an inexpensive microcontroller.

Die variablen Entzerrerfilter 3 und 4 können ohne wei teres auch hinter dem Leistungsverstärker 5 angeordnet sein, indem beispielsweise die ohnehin vorhandenen Filter der Frequenzweiche des Lautsprechersystems variabel gestaltet werden.The variable equalizer filters 3 and 4 can also be arranged behind the power amplifier 5 without further information, for example by making the filter of the crossover of the speaker system, which is already present, variable.

Die variablen elektrischen Entzerrerfilter 3 und 4 können durch variable akustische oder mechanische Filter ersetzt werden, die mit dem Lautsprecher oder dem Lautspre chergehäuse so gekoppelt sind, daß sich die gewünschte Über tragungsfunktion ergibt. Als Filter kommen dann vor allem Helmholtz-Resonatoren mit variablem Volumen oder variabler Tunnelgeometrie, in der Länge und/oder dem Querschnitt va riable Laufzeitleitungen und absorbierende Materialien, z. B. Folien in Frage, die einen variablen Teil der Schallaus trittsöffnungen des Lautsprechersystems abdecken. The variable electrical equalizer filters 3 and 4 can be replaced by variable acoustic or mechanical filters, which are coupled to the loudspeaker or loudspeaker housing so that the desired transfer function results. Then come as a filter, especially Helmholtz resonators with variable volume or variable tunnel geometry, in the length and / or cross section va riable delay lines and absorbent materials, eg. B. films in question, which cover a variable part of the Schallaus outlet openings of the speaker system.

Variable Entzerrerfrequenzgänge können auch durch ge eignete Änderungen der Parameter des Lautsprechersystems erreicht werden, indem beispielweise das Volumen der Laut sprecherbox geändert wird, oder die Lautsprecherschwing spule variabel angezapft wird, bei Baßreflexboxen die Tun nelgeometrie geändert wird, bei Boxen mit Parasitärmembranen die Dämpfung oder die Resonanzfrequenz oder die Güte der Parasitärmembran elektrodynamisch variiert wird, die zu diesem Zweck z. B. mit einem eigenen Schwingspulen- und Magnetsystem ausgerüstet sein kann.Variable equalizer frequency responses can also by ge appropriate changes to the parameters of the speaker system can be achieved by, for example, the volume of the sound speaker box is changed, or the speaker oscillation coil is tapped variably, the actions with bass reflex boxes nelgeometrie is changed, for boxes with parasitic membranes the attenuation or the resonance frequency or the quality of the Parasitic membrane is varied electrodynamically, too this purpose z. B. with its own voice coil and Magnet system can be equipped.

Weiterhin kann die untere Grenzfrequenz des Filters oder des Lautsprechersystems variabel ausgelegt werden, um das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Ausbildung zu erwei tern. Das kann beispielsweise bei dem in Fig. 3 dargestell ten Ausführungsbeispiel durch ein zusätzliches Filter 100 im Übertragungskanal erreicht werden. Bei hohlen Schalldruckpe geln kann die Grenzfrequenz von der Steuerschaltung 8 auto matisch zu höheren Frequenzen verschoben werden, was vom Hörer kaum wahrgenommen wird, aber die Überlastungsgefahr für die Baßlautsprecher deutlich verringert.Furthermore, the lower cut-off frequency of the filter or of the loudspeaker system can be designed to be variable, in order to expand the area of application of the inventive training. This can be achieved, for example, in the embodiment shown in FIG. 3 by an additional filter 100 in the transmission channel. In the case of hollow sound pressure levels, the cut-off frequency can be automatically shifted from the control circuit 8 to higher frequencies, which is hardly perceived by the listener, but significantly reduces the risk of overloading the bass speakers.

Als Schutz vor Überlastung, aber auch als Gehörschutz bei Beschallungsanlagen kann weiterhin eine Dynamikkompres sion, beispielsweise durch eine variable Verstärkerstufe 101, im Übertragungskanal vorgesehen sein, wie es gleich falls in Fig. 3 dargestellt ist. Die Steuerung der Kompres sion kann dabei von der Steuerschaltung 8 in Abhängigkeit vom Pegel der Dynamik und der Lautheit derart erfolgen, daß sie praktisch unhörbar bleibt und keine klangliche Beein trächtigung mit sich bringt.As protection against overload, but also as hearing protection in public address systems, a dynamic compression, for example by means of a variable amplifier stage 101 , can also be provided in the transmission channel, as is shown immediately in FIG. 3. The control of the compression can be done by the control circuit 8 depending on the level of dynamics and loudness in such a way that it remains practically inaudible and has no tonal impairment.

Besonders gute Ergebnisse ergeben sich dann, wenn statt des Bewertungsfilters 11 in Fig. 2 eine Terzanalyse oder eine schnelle Fouriertransformation FFT des Signals mit einer daran anschließenden gehörphysiologisch gewichteten Gesamtpegelberechnung durchgeführt wird, um das Signal S0 zu erhalten.Particularly good results are obtained if, instead of the evaluation filter 11 in FIG. 2, a third-octave analysis or a fast Fourier transformation FFT of the signal is carried out with a subsequent hearing-physiologically weighted overall level calculation in order to obtain the signal S0.

Die oben beschriebene Schaltung kann zwar speziell jeweils für ein Lautsprecher- und Verstärkermodell ausgelegt werden, es besteht aber natürlich die Möglichkeit, eine ganze Reihe von Korrekturtabellen und Koeffizientensätzen vorzusehen, die mittels geeigneter Umschalter wählbar sind. Eine einzige Schaltung kann dann für eine Vielzahl verschie dener Lautsprecher- und Verstärkermodelle eingesetzt werden.The circuit described above can be specific each designed for a loudspeaker and amplifier model but there is of course the possibility of a a whole range of correction tables and coefficient sets to be provided, which can be selected by means of suitable changeover switches. A single circuit can then be used for a wide variety loudspeaker and amplifier models are used.

Claims

1. A method for adapting the transfer function of an electroacoustic playback system with amplifier and speaker systems to the human hearing characteristics, characterized in that the loudness of the signal reproduced by the playback system is determined and the transfer function of the playback system is changed as a function of the loudness determined.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the loudness from the electrical Si gnal and the characteristics of the speaker system and / or Amplifier system is determined.

3. The method according to claim 2, characterized in that that the electrical signal behind the volume control of the Playback system is tapped.

4. The method according to claim 3, characterized in that the electrical signal abge behind the amplifier system is gripped.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that as a characteristic of the speakery stems, its frequency response and / or dynamic properties is used.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that when adapting the transfer function also the lower limit frequency of the speaker system or of the amplifier system depending on the loudness of the Signal is changed.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that when adapting the transfer function also the amplification factor of the amplification system in Ab dependent on the loudness of the signal is changed.

8. Device for adapting the transfer function an electro-acoustic reproduction system with amplifier and speaker systems to human hearing stik, characterized by a controllable device for Change the transfer function of the playback system and a device for determining the loudness of the reproduced benen signal, the output signal as a control signal at the controllable device for changing the transmission radio tion of the playback system.

9. The device according to claim 8, characterized in that that the controllable device from variable mechanical or acoustic filters.

10. The device according to claim 8, characterized in net that the controllable device from mechanical or electrical actuators, which are the parameters of the Speaker system can change.

11. The device according to claim 8, characterized in that the controllable device consists of variable electrical filter's ( 3 , 4 ).

12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the device for determining the loudness of the reproduced signal, a device ( 12 ) for measuring the instantaneous level of the electrical signal to be reproduced, a device for averaging the from the device ( 12 ) Measured current level of the electrical signal to be reproduced and a correction device ( 15 , 17 ) for introducing the properties of the amplifier system and the speaker system, in particular the efficiency of the speaker system.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in net that the device for determining the loudness of the reproduced signal built up from analog circuits is.

14. The apparatus according to claim 12, characterized net that the device for determining the loudness of the reproduced signal from digital computing circuits is constructed.

15. The apparatus according to claim 12, characterized in that the device ( 12 ) for measuring the instantaneous level of the electrical signal to be reproduced consists of a rectifier.

16. The apparatus according to claim 12, characterized in that the device ( 13 ) for forming the mean value consists of a low-pass filter.

17. The apparatus according to claim 12, characterized in that the correction device ( 15 , 17 ) is formed from correction tables.

18. The apparatus according to claim 12, characterized by a filter device ( 11 ) which is connected upstream of the device ( 12 ) for measuring the instantaneous level of the electrical signal to be reproduced.

19. The apparatus according to claim 12, characterized by a dynamic measuring device ( 19 , 20 , 21 , 22 ) on which the output signal of the device ( 12 ) for measuring the instantaneous level of the electrical signal to be reproduced and whose output signal is at an amplifier stage ( 16 ) lies on which is also the output signal of the correction device ( 15 , 17 ).

20. The apparatus according to claim 12, characterized by means ( 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 ) for detecting suddenly occurring extreme signal peaks in the output signal of the device ( 12 ) for measuring the instantaneous level of the electrical signal to be reproduced, the the output signal of the device ( 13 ) for averaging a corresponding signal added.

21. The apparatus according to claim 12, characterized in net that the electrical signal to be reproduced at a Place behind the volume control of the playback system is tapped.