DE2459759A1 - Entzerreranordnung - Google Patents

Description

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DOLBY LABORATORIES INC. New York, N.Y. VStA

Entzerreranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Audio- oder Tonfrequenz-Entzerreranordnung, die zur Bildung eines entzerrten Signals auf ein von einer Signalquelle abgegebenes Signal einwirkt, das beispielsweise von einer Aufzeichnung stammen kann. Das entzerrte Signal wird zur Ansteuerung von einem oder mehreren Lautsprechern benutzt, die ihre Strahlung in einem Raum abgeben. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit den Problemen, die in größeren Räumen oder Sälen auftreten, beispielsweise in Lichtspieltheatern oder Auditorien. Eine Entzerrung ist erforderlich, um ■Vorverzerrungen der Signalquelle, Nichtlinearitäten der Lautsprecher und den Kennlinien oder Kenndaten des Raumes Rechnung zu tragen. Die Erfindung befaßt sich mit dem zuletzt genannten Umstand. Der Einfachheit halber werden bei der

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folgenden allgemeinen Erläuterung der Erfindung die anderen Umstände unberücksichtigt gelassen, obwohl zusätzliche Entzerrungsmaßnahmen vorgesehen sein können, sofern es notwendig oder erwünscht ist. Lautsprecher, die in großen Auditorien verwendet werden, haben im wesentlichen ein lineares Verhalten in Abhängigkeit von der Frequenz, wie es in reflexionsfreien Räumen festgestellt worden ist.

Der Hintergrund der Erfindung und die Erfindung selbst werden unter Bezugnahme auf Beispiele an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Kurven, die das Frequenz- und Zeitverhalten beschreiben, und

Fig. 4 bis β Blockschaltbilder von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Es sei wiederholt, daß das entzerrte Signal zum Ansteuern eines Lautsprechers dient und daß das Frequenzverhalten des Lautsprechers als gleichförmig angenommen wird. Es ist bekannt, daß bei einem entzerrten Signal mit einem ebenen Frequenzgang der in einem Zuhörerraum oder Auditorium gemessene Frequenzgang etwa einen Verlauf annimmt, wie er in der Fig. 1 durch die ausgezogene Kurve 10 dargestellt ist. Im allgemeinen hat somit das Auditorium bzw. der Zuschauer- oder Zuhörersaal die Eigenschaft, daß hohe Frequenzen gedämpft und gleichzeitig tiefe Frequenzen angehoben werden. Ferner ist es bekannt, daß man den gewünschten Frequenzgang, d.h. die ebene Kurve 12, dadurch erreichen kann, indem man dem entzerrten Signal eine komplementäre Kennlinie gibt, wie es in der Fig. 2 durch die ausgezogene Kurve 14 dargestellt ist. Die Verwirklichung einer solchen Maßnahme ist jedoch in der Praxis aus den folgenden Gründen nicht möglich.

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Die in der Fig. 1 dargestellte Kurve 10 betrifft nur den eingeschwungenen Zustand oder den Beharrungszustand, der sich in einem großen Auditorium erst nach einer beträchtlichen Zeit einstellt. Die in der Fig. 3 gezeigten ausgezogenen Kurven 16 und 18 stellen das Übergangsverhalten des Schallfeldes in einem Auditorium beim Auftreten eines Tonimpulses bei einer mittleren Frequenz und einer hohen Frequenz dar, und zwar ohne die durch die Kurve 14 in der Fig. 2 gezeigte Entzerrung. Jede der Kurven 16 und 18 zeigt drei Stadien, nämlich ein Anstiegsstadium, ein eingeschwungenes Stadium oder Beharrungsstadium und ein Abfallstadium. Der im Beharrungsstadium auftretende stationäre Pegel der Kurve 18 für die hohe Frequenz ist in Übereinstimmung mit der Aussage der Kuve 10 der Fig. 1 niedriger als derjenige der Kurve 16 für die mittlere Frequenz. Das Anstiegsstadium der Kurve 18 ist jedoch wesentlich kürzer als dasjenige der Kurve 16. In Abhängigkeit von der Größe des Saales oder Raumes dauert das Anstiegsstadium einige zehn oder einige hundert Millisekunden an. Darüberhinaus beginnen die Kurven bei demselben Pegel, was vor dem Auftreten der Wechselwirkung mit dem Auditorium auf die gleichförmige Frequenzgangkurve des Lautsprechers zurückzuführen ist.

Bei der Anwendung der in der Fig. 2 dargestellten Entzerrungskurve soll die Wirkung darin bestehen, daß die Kurve 16 derart angehoben wird, daß ihr stationärer Pegel demjenigen der Kurve 18 entspricht, wie es durch die unterbrochene Kurve 20 dargestellt ist. Obwohl nun die im eingeschwungenen Zustand auftretenden stationären Pegel entzerrt sind, tritt nun im Anstiegsstadium bei hohen Frequenzen ein Überschuß an Energie auf, wie es in der Fig. 3 durch die schraffierte Fläche symbolisch dargestellt ist. Die Wirkung davon ist, daß Töne mit schnellen Änderungen oder Attacken mit einem harten und nicht annehmbaren Übergangston beginnen. Die Toningenieure sind daher gezwungen, einen

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Kompromiß einzugehen. Das Ausmaß der Anhebung hoher Frequenzen in dem entzerrten Signal entsprechend dem in der Fig. 2 dargestellten Frequenzgang muß herabgesetzt werden, wie es in der Fig. 2 durch die unterbrochene Kurve 22 dargestellt ist, mit der Wirkung, daß der in der Fig. 1 gezeigte Frequenzgang des Raumes nicht eben verläuft, sondern in typischer Weise oberhalb von 2 kHz mit 3 dB/Oktave abfällt, wie es durch die unterbrochene Kurve 24 in der Fig. 1 gezeigt ist. Man muß daher ein gutes stationäres Verhalten bei hohen Frequenzen opfern, um die Übergangswirkungen im Anstiegsstadium auf einem annehmbaren Pegel zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Kompromiß zu verbessern. Dazu ist nach der Erfindung eine Audio- oder Tonfrequenz-Entzerreranordnung vorgesehen, die zur Bildung eines entzerrten Signals auf ein von einer Signalquelle abgegebenes Signal einwirkt und sich auszeichnet durch Entzerrungsmittel, die einen Normalzustand haben, in dem die Entzerrungsmittel eine vorbestimmte Entzerrungskennlinie erstellen, und durch Einrichtungen, die bei einer raschen Änderung oder Attacke in dem von der Signalquelle abgegebenen Signal den Betrieb der Entzerrungsmittel im Normalzustand verzögern, so daß sich ein Anfangszustand einstellt, in dem der Grad der Entzerrung herabgesetzt ist und aus dem ein Übergang in den Normalzustand stattfindet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Entzerrungsmittel automatisch einstellbar, und bei den Einrichtungen zur Verzögerung des Betriebs der Entzerrungsmittel im Normalzustand handelt es sich um Steuereinrichtungen, die auf die Attacke in dem von der Signalquelle abgegebenen Signal ansprechen, um eine glatte oder stetige Einstellung der Entzerrungsmittel beim Übergang vom Anfangszustand in den Normalzustand vorzunehmen.

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Bei dem herabgesetzten Grad der Entfernung im Anfangszustand braucht überhaupt keine Entzerrung aufzutreten oder lediglich eine solche Entzerrung, die für andere Umstände als zum Ausgleich des Frequenzganges oder Zeitverhaltens des Auditoriums bzw. Raumes gedacht ist. Die Steuereinrichtungen können derart ausgebildet sein, daß sie nicht nur auf Anfangsattacken bzw. Einsätze des von der Signalquelle stammenden Quellensignals ansprechen, sondern auch abrupte Erhöhungen des Pegels im Verlauf des Quellensignals berücksichtigen. Im letzten Fall stellen die Steuereinrichtungen die Entzerrungsmittel momentan in Richtung des Anfangszustands oder in den Anfangszustand zurück, und es erfolgt dann eine gleichförmige oder weiche Rückkehr in den Normalzustand. Die Entzerrungsmittel können derart ausgebildet sein, daß sie bei Abwesenheit eines Quellensignals den Normalzustand annehmen, und die Steuereinrichtungen sprechen auf jeden Einsatz bzw. jede Attacke oder auf jede plötzliche Zunahme im Pegel des Quellensignals an, um die Entzerrungsmittel momentan in den Anfangszustand oder in Richtung des Anfangszustands zu treiben.

Der Übergang vom Anfangszustand in den Normalzustand erfolgt durch Einstellung der Verstärkungs-Frequenz-Kennlinien der Entzerrungsmittel. Falls diese Mittel einfach ausgebildet sind und beispielsweise die Wirkung eines Höhen- und bzw. oder Tiefenreglers haben, kann man die gesamte Entzerrungskennlinie von der, die man im Anfangszustand erhält, zu der, die man im Normalzustand erhält, schwenken. Dies kann zu Intermodulationswirkungen führen. Es wird daher bevorzugt, die Kennlinie selektiv in jedem einer Anzahl von Frequenzbändern zu behandeln, und zwar mit einer typisehen Frequenzbandunterteilung von 1/3 Oktave. Eine Attacke bzw. ein Einsatz oder eine plötzliche Zunahme im Pegel irgendeines Bandes verschiebt dann die Verstärkung in gerade diesem Band zu der dem Anfangszustand

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zugeordneten Verstärkung. Die verschobene Verstärkung wird dann gleichmäßig bzw. weich, beispielsweise in einigen zehn Millisekunden in die beim Normalzustand herrschende Verstärkung zurückgestellt.

Der Vollständigkeit halber wird eine weitere Möglichkeit erwähnt, die Mehrkanal-Entzerrungsmittel betrifft. _v Anstatt in jedem Kanal eine Verstärkungseinstellung vorzunehmen, wie es gerade beschrieben wurde, kann jeder Kanal eine Verzögerungsstrecke enthalten, deren Verzögerung um so größer ist, je größer die relative Verstärkung in dem Kanal ist, und deren Wirkung darin besteht, die in der Fig. 3 dargestellte Kennlinie 20 derart zu verzögern, daß sie den in der Fig. 3 dargestellten Kurvenverlauf 26 annimmt. Man erkennt, daß diese Maßnahme den schraffierten Bereich beträchtlich vermindert, und zwar durch Verzögern des Einsatzes der hohen Frequenzen in bezug auf die mittleren Frequenzen, unter der Annahme, daß eine Kennlinie entsprechend der Kurve 14 in der Fig. 2 Anwendung findet. Durch das wirksame Einführen von Phasenverschiebungen in die verschiedenen Kanäle entsteht allerdings ein neues Problem, das zu Frequenzgangunregelmäßigkeiten führen kann, wenn die Kanalausgänge vereint werden. Eine mögliche Lösung dafür besteht darin, nach jeder Attacke oder jedem Einsatz in dem betreffenden Kanal jede Verzögerung ganz oder teilweise auf Null zu verringern. Es kann allerdings unmöglich sein, die Verzögerung hinreichend allmählich vorzunehmen, um unannehmbare Folgen der Frequenzänderungen zu vermeiden, die durch Ändern der Verzögerungen hervorgerufen werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Figuren 4 bis 6 erläutert.

Nach der Fig. 4 wird das Quellensignal einem Eingangsanschluß 28 zugeführt, der mit einem Entzerrer 30 verbunden ist, der eine normale Entzerrungskennlinie aufweist,

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beispielsweise eine angepaßte Tiefenschwächungs- und Höhenanhebungs-Kennlinie. Der Ausgang des Entzerrers ist mit dem einen Ende eines spannungsgesteuerten Potentiometers verbunden, das beispielsweise zwei Feldeffekttransistoren 32 und 34 aufweist, die von einem an einer Leitung 36 auftretenden Steuersignal angesteuert werden, und zwar zum einen direkt und zum anderen über eine Umkehrschaltung 38.

Weiterhin ist der Eingangsanschluß 28 über einen zweiten Entzerrer 40 mit dem anderen Ende des spannungsgesteuerten Potentiometers verbunden. Der Entzerrer 40 nimmt lediglich eine solche Entzerrung vor, die im Anfangszustand von den Lautsprechern verlangt wird, und kann durch eine direkte Verbindung ersetzt werden, falls eine solche Entzerrung nicht erforderlich ist. Falls an der Leitung 36 kein Steuersignal anliegt, ist der Feldeffekttransistor leitend, so daß das Ausgangssignal des Entzerrers 30 zu einem Ausgangsanschluß 42 gelangt, an den ein Leistungsverstärker und die Lautsprecher angeschlossen sind.

Der Eingangsanschluß 28 ist außerdem mit einer Gleichrichterschaltung 44 und einer Differenzierschaltung 46 verbunden, die einen Spannungsstoß bzw. einen nadeiförmigen Spannungsimpuls abgibt, wenn im Quellensignal eine plötzliche Zunahme des Pegels auftritt. Die Differenzierschaltung weist eine Zeitkonstante auf, die etwa der Anstiegszeit des Schallfeldes im Auditorium angepaßt ist, in dem die Lautsprecher ihre Strahlung abgeben. Der Spannungsstoß oder die Spannungsspitze wird in einem Verstärker 48, an dessen Ausgang das Steuersignal auftritt, in einen Bezugspegel geformt. Das Steuersignal schaltet den Feldeffekttransistor 32 ein und den Feldeffekttransistor 34 ab. Wenn das Steuersignal abklingt, wird der Feldeffekttransistor 32 allmählich wieder ausgeschaltet bzw. der

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Feldeffekttransistor 34 allmählich wieder eingeschaltet. Unter der Annahme eines ebenen Frequenzganges bei wirkendem Entzerrer 40 besteht somit die Wirkung darin, daß in einen Anfangszustand mit einem ebenen Frequenzgang übergegangen wird, wenn eine plötzliche Zunahme im Pegel des Quellensignals auftritt, wobei ein glatter Übergang von dem ebenen Frequenzgang in den Normalzustand stattfindet, bei dem es sich um die Kurve 14 der Fig. 2 handeln kann. Dabei kann man die volle Höhenanhebung der Kurve 14 benutzen, da diese Kurve im Anfangszustand nicht wirksam ist und daher die oben erwähnte übermäßige Anhebung der hohen Frequenzen im Anfangsstadium vermieden wird.

Die Anordnung nach der Fig. 4 kann man modifizieren, um den Grad der Entzerrung zu erhöhen, wenn das Quellensignal einen plötzlichen Pegelabfall zeigt. Diese Maßnahme übt keine Wirkung aus, wenn das Quellensignal abklingt, da dann die Strahlung aufhört, hat allerdings eine vorteilhafte Wirkung, wenn eine plötzliche Abnahme auf einen von Null ungleichen Pegel auftritt.

In der Fig. 5 ist eine ähnliche Anordnung wie in der Fig. 4 dargestellt, die jedoch derart modifiziert ist, daß sie unabhängig jeden Kanal eines Mehrkanalentzerrers bearbeiten kann. Alle Kanäle sind strukturell gleich, und es sind daher lediglich zwei dargestellt. Es können siebenundzwanzig Kanäle vorgesehen sein, die einen Abstand von 1/3 Oktave voneinander haben und daher insgesamt neun Oktaven überdecken. Jeder Kanal enthält ein Bandpaßfilter 50, das eine Schaltung 52 mit veränderbarer Verstärkung ansteuert. Die Ausgänge der veränderbaren Verstärkerschaltungen werden in einem Mischer 54 kombiniert bzw. vereint, der dann das entzerrte Signal dem Ausgangsanschluß 42 zuführt. Jede veränderbare Verstärkungsschaltung 52 wird von einer individuell zugeordneten Steuerschaltung 56 gesteuert, die

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in der gleichen Weise wie die Schaltungen 44, 46 und 48 der Anordnung nach der Fig. 4 ausgebildet sein kann und die auf plötzliche Zunahmen im Signalpegel des Ausgangssignals des zugehörigen Filters 50 anspricht.

Eine mögliche Ausgestaltung der veränderbaren Verstärkungsschaltung 52 ist im einzelnen gezeigt. Das vom Filter 50 abgegebene Signal wird an ein variables Verstärkungspotentiometer 58 gelegt, dessen Mittelpunkt einem ebenen, niveaugleichen Frequenzgang entspricht. Einen ersten Abgriff 60 kann man auf einen Punkt oberhalb oder unterhalb des Mittelpunkts einstellen, um beispielsweise in Übereinstimmung mit der Kennlinie 14 in der Fig. 2 die in dem Kanal erforderliche Anhebung oder Schwächung vorzusehen. Im Normalzustand wird das Ausgangssignal dieses Abgriffes über einen Feldeffekttransistor 34 dem Mischer 54 zugeführt.

Ein zweiter Abgriff 62 kann in entsprechender Weise in Übereinstimmung mit der in dem Kanal im Anfangszustand erforderlichen Abhebung oder Schwächung eingestellt werden. Falls der Anfangszustand stets ein ebener, niveaugleicher Frequenzgang ist, können alle Abgriff 62 feste Abgriffe an den Mittelpunkten der Potentiometer 58 sein. Wenn in dem betreffenden Kanal ein Steuersignal auftritt, wird der Feldeffekttransistor 32 leitend, um anstelle des Abgriffs 60 den Abgriff 62 mit dem Mischer zu verbinden. Beim Abklingen des Steuersignals geht der Anfangszustand in den Normalzustand über, wie es an Hand der Fig. 4 erläutert wurde.

Die Entzerrerschaltungen können auch andersartig ausgebildet sein, wie es beispielsweise in der älteren Patentanmeldung P 24 54 631 erläutert ist. Dort wird eine mehrkanalige Entzerrerschaltung beschrieben, die für ^eden Kanal ein voreinstellbares Potentiometer enthält. Diese

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Potentiometer können jeweils durch ein spannungsgesteuertes Potentiometer ersetzt werden, das von einer ihm zugeordneten, individuellen Steuerschaltung 56 gesteuert wird, wie es beispielsweise bei der Anordnung nach der Fig. 5 der Fall ist.

In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das anstelle von Verstärkungseinstellungen in einer direkten Weise Verzögerungen benutzt, um den Betrieb im Normalzustand zu verzögern. Eine mehrkanalige Entzerrerschaltung dieser Art weist in Jedem Kanal ein Filter 50 und eine voreinstellbare Verstärkungsschaltung 64 auf. Jeder Verstärkungsschaltung 64 ist eine einstellbare Verzögerungsschaltung 66 vorgeschaltet. Die Verzögerungsschaltung in dem Kanal mit der niedrigsten Verstärkung entsprechend der Kurve 14 der Fig. 2 ist auf eine Verzögerung von Null eingestellt. Die Verzögerungsschaltungen in den übrigen Kanälen sind derart eingestellt, daß die Verzögerung um so größer ist, je größer die Verstärkung des betreffenden Kanals in bezug auf den Kanal mit der geringsten Verstärkung ist. Die größte Verzögerung übersteigt jedoch nicht die Dauer des Anstiegsstadiums des Schallfeldes.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Tonfrequenz-Entzerreranordnung, die zur Bildung eines entzerrten Signals auf ein von einer Signalquelle abgenommenes Signal einwirkt,

gekennzeichnet durch Entzerrungsmittel, die einen Normalzustand haben, in dem die Entzerrungsmittel eine vorbestimmte Entzerrungskennlinie erstellen, und durch Einrichtungen, die bei einem Einsatz oder einer Attacke in dem von der Signalquelle abgegebenen Signal den Betrieb der Entzerrungsmittel im Normalzustand verzögern, so daß sich ein Anfangszustand einstellt, in dem der Grad der Entzerrung herabgesetzt ist und aus dem ein Übergang in den Normalzustand stattfindet.

2. Entzerreranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungsmittel automatisch einstellbar sind und daß die genannten Einrichtungen Steuereinrichtungen sind, die auf einen Einsatz oder eine Attacke in dem von der Signalquelle abgegebenen Signal ansprechen, um die Entzerrungsmittel weich und stetig vom Anfangszustand in den Normalzustand zu bringen.

3. Entzerreranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der herabgesetzte Entzerrungsgrad im Anfangszustand überhaupt keine Entzerrung darstellt.

4. Entzerreranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen auch während des Verlaufs des von der Signalquelle stammenden Signals auf plötzliche Signalpegelzunahmen ansprechen, um die Entzerrungsmittel momentan in den Anfangszustand oder in Richtung des Anfangs-

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zustands zurückzustellen, mit einem anschließenden glatten Übergang in den Normalzustand.

5. Entzerreranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungsmittel bei Abwesenheit eines Signals von der Signalquelle den Normalzustand annehmen und daß die Steuereinrichtungen auf jeden Einsatz (Attacke) oder abrupte Zunahme im Pegel des von der Signalquelle abgegebenen Signals ansprechen, um die Entzerrungsmittel momentan in den Anfangszustand oder in Richtung des Anfangszustands zu treiben.

6. Entzerreranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungsmittel eine mehrkanalige Entzerrerschaltung mit einer Anzahl von Kanälen sind,die verschiedenen Frequenzbändern zugeordnet sind, und daß jeder Kanal eine individuelle Steuereinrichtung aufweist, die auf eine plötzliche Zunahme im Signalpegel des zugeordneten Bandes anspricht, um die Kanalverstärkung zu der dem Anfangszustand angehörenden Verstärkung momentan zu verschieben und anschließend in die dem Normalzustand angehörige Verstärkung stetig zurückzustellen.

7. Entζerreranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungsmittel eine mehrkanalige Entzerrerschaltung mit einer Anzahl von Kanälen sind, die verschiedenen Frequenzbändern zugeordnet sind, und daß jeder Kanal eine Verzögerungsstrecke aufweist,- deren Verzögerung um so größer ist, je größer die relative Verstärkung in dem Kanal ist.

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