DE4036730A1 - Schaltung zur verarbeitung eines digitalen soll-wertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem digitalen Vor- oder Vollverstärker ist es bei der Lautstärkeregelung bekannt, daß während der Variierung der Lautstärke mit Lautstärke-Schrittstufen (z. B. 1 oder 0,1 dB-Schritte) die Lautstärkeänderungen als Störgeräusche ins­ besondere in Form von "Knacken" im Musiksignal hörbar sind. Dies ist sehr störend und unerwünscht, wird doch dadurch ein reines Klangerlebnis mitunter stark beeinträchtigt.

Eine mögliche Gegenmaßnahme ist eine Herabsetzung der Schrittweite bis schließlich zum inkrementalen Übergang der dB-Schritte. Diese Lösung ist aber sehr unpraktisch, da zum einen ein sehr großer Wertebereich mit sehr großen Tabellen und damit eine Aufblähung der Wortbreite des digitalen Si­ gnals erforderlich ist und zum anderen die Veränderung in der Einstellung der modifizierten Werte nur langsam erfolgen können. Außerdem ist ein sehr großer Programmieraufwand nö­ tig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Schaltung zur Verar­ beitung eines (in Schritten gerasterten) digitalen Soll-Wer­ tes, wie z. B. eines in dB-Schritten gerasterten digitalen Lautstärke-Wertes, Stufeneffekte wie z. B. Knackgeräusche zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 be­ schriebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung werden die vorgegeben Soll-Werte mittels eines digitalen Tiefpasses gefiltert. Hierbei stellt sich anstatt der stufigen Soll-Wert-Vorgabe eine "glatte" Soll- Wert-Funktion mit sehr kleinen, aber schnellen Änderungen in der Größenordnung der Auflösung eines digitalen Signalprozes­ sors (mehrere LSB's) ein. Außerdem kann durch die einstellba­ ren Parameter des Tiefpasses seine Sprungantwort und damit der Soll-Kurven-Verlauf genau vorgegeben werden. Als ein we­ sentliches Maß für die Einstellzeit des Tiefpasses ist be­ kanntermaßen die Zeitkonstante τ definiert. Sie gibt an, wie lange es dauert, bis die Abweichung vom stationären Wert nur noch den e-ten Teil der Sprunghöhe beträgt. Es ist zweck­ mäßig, wenn τ veränderlich und eine Funktion des Pegels oder der Lautstärke ist.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß Stufen-Effekte bei Än­ derungen des Sollwertes wie z. B. Lautstärke-Änderungen auch ohne große Tabellen vermeidbar sind und auch eine schnelle Datenübertragung möglich ist. Außerdem ist eine einfache Re­ alisierung der Tiefpaß-Filterung durch ein IIR-Filter (Fil­ ter mit unendlicher Sprungantwort-Infinite Impulse Response) oder durch ein FIR (Filter mit endlicher Sprunganwort-Finite Impulse Response) möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in einer Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 Schaltungsteil zur digitalen Multiplizierung von Au­ dio-Daten mit Lautstärke-Daten Fig. 2 Eine mögliche Realisierung eines digitalen Tiefpaß- Filters (IIR-Struktur) Fig. 3 Ein Flußdiagramm einer numerischen Filteroperation für ein Tiefpaßfilter nach Fig. 2.

Fig. 4 Ein allgemeines IIR-Filter 1. Ordnung.

Fig. 1 zeigt ein Schaltungsteil aus einem digitalen Vollver­ stärker, in dem die digitalen Audio-Daten 1 mit den Lautstär­ ke (Volume) -Daten 2 in eine Multiplizierer 3 multipliziert werden. Das Ergebnis am Ausgang des Multiplizierers wird ei­ nem D/A (nicht dargestellt) zugeführt.

Bevor die relativ groß grob gerasterten Soll-Vorgaben-Werte der digitalen Volume-Daten (1 dB-Schritte) mit den Audio-Da­ ten multipliziert werden, werden die Volume-Daten einem digi­ talen Tiefpaß zugeführt. Hierdurch ergibt sich statt der stu­ figen Soll-Wert-Vorgabe eine "glatte" Soll-Wert-Funktion mit sehr kleinen, aber schnellen Änderungen in der Größenordnung der Auflösung eines digitalen Signal-Prozessors (mehrere LSB's). Der Tiefpaß weist eine veränderliche Zeitkonstante auf, die eine Funktion des Eingangspegels oder der Lautstär­ ke ist.

Ein Beispiel für ein digitales Tiefpaß-Filter ist in Fig. 2 gezeigt. Der Tiefpaß weist einen Eingang auf, der mit dem Eingang eines Dämpfungs-Gliedes verbunden ist, dessen Aus­ gang mit einem von 2 Eingängen eines Addierers verbunden ist. Der Ausgang des Addierers ist über eine Verzögerungs­ schleife auf den 2. Eingang rückgekoppelt. Der Ausgang des Addierers bildet auch den Ausgang des Tiefpaß-Filters. Der Parameter a entspricht dem Term exp (-T/τ)bei einem analo­ gen RC-Tiefpaßfilter (T = Abtastperiode des Digitalfilters, =R*C des RC-Tiefpasses.

Fig. 3 zeigt ein Fluß-Diagramm einer numerischen Filter­ operation. Nach dem Start wird der Ausgang und der Parameter a initialisiert. Anschließend wird der erste Abtastwert A eingegeben. Der neue Wert A errechnet sich aus der Formel NeuA = AltA x (1-a). NeuB errechnet sich dann: NeuB = AltB x a. Am Ausgang des Addierers liegt dann C = A + B. Das Er­ gebnis von C wird auf den Filterausgang und damit zum Multi­ plizieren gegeben. Anschließend wird NeuB = C gesetzt, ein neuer Wert A eingelesen usw. Dieses Filter hat die gleiche Sprungantwort wie ein RC-Tiefpaß.

Beispiele für ein digitales Tiefpaß-Filter als IIR-Filter sind aus "Halbleiter-Schaltungstechnik , 9., neu bearbeitete und erweiterte Auflage; U. Tietze, Ch. Schenk; Springerver­ lag" auf den Seiten 833 bis 851 aufgezeigt. Ein Schaltungs­ beispiel für ein IIR-Filter erster Ordnung ist in Fig. 4 gezeigt.

Für die analoge Übertragungsfunktion erster Ordnung eines Filters gilt allgemein:

Für das IIR-Filter gemäß Fig. 4 gilt dann allgemein:

Mit den allgemeinen Koeffizienten

Diese sind speziell für den Tiefpaß:

wobei l ein Nominierungsfaktor ist. l = cotπFg, wobei Fg die nominierte Grenzfrequenz ist und sich aus dem Quotient von Grenzfrequenz und Abtastfrequenz berechnet.

Die Erfindung ist keineswegs auf digitale Audio-Verstärker beschränkt, sondern kann bei praktisch allen Geräten zur der digitalen Signalverarbeitung zur Anwendung kommen, in denen in Schritte gerasterte oder digitale Soll-Werte verarbeitet werden müssen, wie z. B. in digitalen Mischpulten, Fadern usw.

Claims (5)

1. Schaltung zur Verarbeitung eines digitalen Soll-Wertes z. B. eines in 1 dB-Schritten gerasterten, digitalen Lautstärke-Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß im Si­ gnalweg des Soll-Wertes ein digitales Tiefpaß-Filter angeordnet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaß-Filter als IIR-Filter (Filter mit unendli­ cher Sprungantwort-Infinite Impulse Response) oder FIR- Filter (Filter mit endlicher Sprungantwort- Finite Im­ pulse Response) realisiert ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Tiefpaß-Filter eine Zeitkonstante τ aufweist, die veränderlich ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß τ eine Funktion des Pegels oder der Lautstärke ist.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausgang des digitalen Tiefpasses mit dem ersten Eingang eines Multiplizierers mit zwei Eingängen verbunden ist, daß dem zweiten Ein­ gang des Multiplizierers ein digitales Audio-Signal zu­ führbar ist, und daß der Ausgang des Multiplizierers mit dem Eingang eines D/A-Wandlers verbunden ist.