DE4410671A1

DE4410671A1 - Correction of frequency response e.g. of loudspeakers

Info

Publication number: DE4410671A1
Application number: DE19944410671
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Nunnenkamp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-26
Filing date: 1994-03-26
Publication date: 1995-09-28

Abstract

The transducer e.g. loudspeaker has an electrical input function imposed upon it by an electronic manipulator. This function is superimposed on the intrinsic function of the transducer, and the combination is compared with the unmodified input function. Deviations of the superimposed function from the unmodified input function are evaluated, and the process is iterated until the deviations fall below a predetermined amt. The iteratively varied input function is finally transferred to the transducer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Frequenzganges von elektroakustischen Wandlern wie Lautsprechern od. dgl., wonach der elektroakustische Wandler über einen vorgeschalteten elektronischen Mani pulator mit einer akustisch zu wandelnden elektrischen Eingangsfunktion beaufschlagt wird.The invention relates to a method for correcting the Frequency response of electroacoustic transducers such as Speakers or the like, according to which the electroacoustic Converter via an upstream electronic mani pulator with an acoustically convertible electrical Input function is applied.

Derartige Verfahren sind aus der Praxis bekannt. Dabei stellt der elektronische Manipulator im einfachsten Fall einen Verstärker dar. Dieser Verstärker kann bei spielsweise entweder außerhalb des Lautsprechers an geordnet sein (Passivlautsprecher) oder in den Laut sprecher integriert sein (Aktivlautsprecher).Such methods are known from practice. Here the electronic manipulator is the simplest Case is an amplifier. This amplifier can be used for for example, either outside the speaker orderly (passive speaker) or in the sound speaker integrated (active speaker).

Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung von Musiksigna len besteht vermehrt die Möglichkeit, daß Musik in Form von Digitalsignalen praktisch bis zu den Lautsprechern übertragen werden kann. Die Lautsprecher - oder auch Kopfhörer - stellen also gleichsam die letzte analoge Komponente einer ansonsten digitalen Musikübertragungs kette dar.In the course of the increasing digitization of music signa len there is an increasing possibility that music in form from digital signals to the speakers can be transferred. The speakers - or too Headphones - so to speak represent the last analog Component of an otherwise digital music transmission chain.

Dabei besteht bei derartigen elektroakustischen Wand lern ein ständiges Problem darin, daß die idealerweise bis hierher unverfälschte Musik nun durch das Eigen schwingverhalten der elektroakustischen Wandler beein trächtigt wird. So weisen derartige Wandler ein be stimmtes Resonanz- und Impulsverhalten auf, was durch konstruktive Maßnahmen (z. B. Dämpfung) nur unzureichend beherrscht werden kann. Im übrigen sind derartige Maß nahmen aufwendig und teuer. - Hier setzt die Erfindung ein.There is such an electro-acoustic wall learn a constant problem that ideally up to now pure music by own vibration behavior of the electroacoustic transducers is pregnant. Such converters have a be correct resonance and impulse behavior on what by constructive measures (e.g. damping) are insufficient can be mastered. Incidentally, are such a measure took elaborate and expensive. - This is where the invention sets in a.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem es möglich ist, das von einem elektroakustischen Wandler zu wandelnde elektrische Signal auf elektronischem Weg so zu beeinflussen, daß hierdurch dem Eigenverhalten des elektroakustischen Wandlers Rechnung getragen wird.The invention has for its object a method of the type described above, with which it is possible by an electroacoustic transducer electrical signal to be converted electronically to influence in such a way that hereby the own behavior of the electroacoustic transducer is taken into account.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die akustisch zu wandelnde elektrische Eingangs funktion mit der Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers überlagert wird, daß die überlagerte Funktion mit der unveränderten elektrischen Eingangsfunktion verglichen wird und Abweichungen der überlagerten Funk tion von der unveränderten Eingangsfunktion ausgewertet werden, daß die Eingangsfunktion - im Sinne einer Schleife - iterativ solange verändert und mit der Ei genfunktion überlagert wird, bis die Abweichungen der überlagerten Funktion von der unveränderten Eingangs funktion eine vorgegebene Größe unterschritten haben, und daß abschließend die auf diese Weise iterativ ver änderte Eingangsfunktion an den elektroakustischen Wandler übertragen wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß die iterativ veränderte Eingangsfunktion mit der Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers jeweils im Sinne einer Faltung der Funktionen überlagert wird. - Bei einer Faltung der elektrischen Eingangsfunktion mit der Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers han delt es sich mathematisch um folgende Gesetzmäßigkeit:To achieve this object, the invention proposes that the acoustically convertible electrical input function with the intrinsic function of the electroacoustic Converter is superimposed that the superimposed function with the unchanged electrical input function is compared and deviations of the superimposed radio tion evaluated by the unchanged input function be that the input function - in the sense of a Loop - iteratively changed as long and with the egg gene function is superimposed until the deviations of the layered function from the unchanged input function have fallen below a predetermined size, and that finally the iteratively ver changed input function on the electroacoustic Converter is transmitted. It is preferably provided that the iteratively changed input function with the Eigenfunction of the electroacoustic transducer in each case is superimposed in the sense of a convolution of the functions. - If the electrical input function is folded with the intrinsic function of the electroacoustic transducer mathematically, the following regularity applies:

A(ν, t) = ∫ dE(ν, t-) I (ν, )A (ν, t) = ∫ dE (ν, t-) I (ν,)

A(ν, t), E(ν, t), I(ν, t)A (ν, t), E (ν, t), I (ν, t)

bezeichnen dabei die Antwortfunktion (überlagerte Funk tion), die Eigenfunktion des elektroakustischen Wand lers und die unveränderte Eingangsfunktion des akus tisch zu wandelnden elektrischen Signals.denote the response function (superimposed radio tion), the intrinsic function of the electroacoustic wall lers and the unchanged input function of the akus table to convert electrical signal.

Alle drei Größen hängen sowohl von der Frequenz als auch von der Zeit ab. Bei einem bestimmten elektrischen Eingangssignal ergibt sich das Ausgangssignal - also z. B. die Musik, die man hört - anhand der o.a. Glei chung für eine einzige Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn man die angegebene Gleichung für mehrere Frequenzen berechnet, erhält man ein Frequenzspektrum.All three sizes depend on both frequency and also from time to time. At a certain electrical Input signal gives the output signal - so e.g. B. the music you hear - based on the above Same for a single frequency depending on the Time. If you use the given equation for several Calculated frequencies, you get a frequency spectrum.

Kennt man nun die Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers, so läßt sich bei einer bestimmten elektri schen Eingangsfunktion diese Faltung berechnen. Ande rerseits kann aber auch die elektrische Eingangsfunk tion zunächst gespeichert und so aufbereitet bzw. ver ändert werden, daß die an den elektroakustischen Wand ler übertragene Funktion - gefaltet mit der Eigenfunk tion des Wandlers - der elektrischen Eingangsfunktion entspricht.Now you know the eigenfunction of the electroacoustic Converter, it can be at a certain electrical calculating this convolution input function. Ande on the other hand can also the electrical input radio tion is first saved and thus processed or processed that changes to the electro-acoustic wall transmitted function - folded with the eigenfunk tion of the converter - the electrical input function corresponds.

Diese Operation kann im einzelnen so ablaufen, daß der Pegel oder die Amplitude in Abhängigkeit von der Fre quenz (bei fester Zeit) - also das statische Frequenz spektrum - so verändert wird, daß die Überlagerung aus veränderter Eingangsfunktion und Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers auf die unveränderte Ein gangsfunktion führt. Wenn dieser Vorgang in bestimmten Zeitabständen wiederholt wird, so erhält man ein soge nanntes dynamisches Frequenzspektrum. Ein Beispiel für ein solches dynamisches Frequenzspektrum, welches das kumulative Abklingspektrum eines Lautsprechers wider spiegelt, ansonsten allerdings mit der Erfindung nichts zu tun hat, ist in Fig. 1 (aus Vance Dickason "Laut sprecherboxen", S. 259, Elektor-Verlag Aachen/1993) gezeigt.This operation can proceed in such a way that the level or the amplitude as a function of the frequency (at a fixed time) - that is, the static frequency spectrum - is changed so that the superimposition of the changed input function and the eigenfunction of the electroacoustic transducer on the unchanged A gangsfunction leads. If this process is repeated at certain time intervals, a so-called dynamic frequency spectrum is obtained. An example of such a dynamic frequency spectrum, which reflects the cumulative decay spectrum of a loudspeaker, but otherwise has nothing to do with the invention, is shown in FIG. 1 (from Vance Dickason "Laut speakerboxes", p. 259, Elektor Verlag Aachen / 1993).

Ein derartiges dynamisches Frequenzspektrum der ver änderten Eingangsfunktion wie des überlagerten Signals läßt sich erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß die zeitabhängigen Daten für die Eingangsfunktion und das überlagerte Signal innerhalb eines vorgegebenen Zeitbe reiches durch eine FFT (fast freguency transform - schnelle Frequenztransformation) in frequenzabhängige Daten umgewandelt werden. Jedenfalls besteht erfin dungsgemäß die Möglichkeit, die akustisch zu wandelnde Eingangsfunktion so zu verändern, daß sie dem Eigen verhalten des elektroakustischen Wandlers Rechnung trägt. Dieser kann folglich einfach und preiswert auf gebaut sein. - Darin sind die wesentlichen Vorteile der Erfindung zu sehen.Such a dynamic frequency spectrum of ver changed input function like the superimposed signal can be obtained according to the invention in that the time-dependent data for the input function and that superimposed signal within a predetermined time rich through an FFT (almost freguency transform - fast frequency transformation) into frequency dependent Data to be converted. In any case, there is inventiveness accordingly, the possibility of the acoustically convertible To change the input function so that it is your own behavior of the electroacoustic transducer wearing. This can therefore be simple and inexpensive be built. - Therein are the main advantages of See invention.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgen den aufgeführt. So ist vorgesehen, daß die akustisch zu wandelnde Eingangsfunktion in einem dem elektronischen Manipulator vorgeschalteten Speicher und zusätzlich in dem elektronischen Manipulator zwischengespeichert wird, wobei die in dem Speicher zwischengespeicherte Eingangsfunktion jeweils mit dem überlagerten Signal verglichen wird, während die im elektronischen Manipu lator zwischengespeicherte Eingangsfunktion iterativ verändert wird. Auf diese Weise steht die Eingangsfunk tion praktisch zweifach - als unveränderte Eingangs funktion im Speicher und als veränderte Eingangsfunk tion im Manipulator - zur Verfügung. Weiter kann eine einzige Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers für beliebige Eingangsfunktionen mit der iterativ ver änderten Eingangsfunktion überlagert werden. Es ist aber auch möglich, daß die Eigenfunktion des elektroa kustischen Wandlers in Abhängigkeit von der iterativ veränderten Eingangsfunktion vom elektronischen Manipu lator aus einer Vielzahl unterschiedlicher Eigenfunk tionen ausgesucht und mit der Eingangsfunktion über lagert wird. Hierdurch kann beispielsweise Alterungs erscheinungen des Lautsprechers Rechnung getragen wer den. Auch können auf diese Weise neue Lautsprecher chassis neu kalibriert werden ohne daß eine weiterge hende Anpassung der Lautsprecherbox erforderlich ist. Im einzelnen werden das überlagerte Signal und das unveränderte Eingangssignal punktweise voneinander abgezogen und die Differenz wird jeweils mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Dabei werden die punktweise ermittelten Differenzen und die zugeord neten Sollwerte jeweils in vorgegeben Zeit- und/oder Frequenzabständen ermittelt. Dies kann dann besonders vorteilhaft erfolgen, wenn die Zeit- und/oder Frequenz abstände an die menschliche Hörfähigkeit angepaßt sind oder anpaßbar sind. Denn nun kann der Tief- und Hoch tonbereich beispielsweise weniger Datenpunkte aufweisen als der Mitteltonbereich. Die Eigenfunktion des elek troakustischen Wandlers kann vorzugsweise durch stati sche oder dynamische Frequenzgangmessungen ermittelt werden. Es ist auch beabsichtigt, daß die Eigenfunktion des elektroakustischen Wandlers verändert werden kann, um beispielsweise eine Anpassung an die Hörraumakustik zu ermöglichen.Further features essential to the invention are as follows the listed. So it is provided that the acoustically changing input function in one the electronic Manipulator upstream memory and additionally in temporarily stored in the electronic manipulator , the buffered in the memory Input function with the superimposed signal is compared, while in the electronic Manipu iteratively buffered input function is changed. In this way the input radio stands tion practically twice - as unchanged input function in memory and as modified input radio tion in the manipulator - available. One can continue only eigenfunction of the electroacoustic transducer for any input functions with the iterative ver changed input function can be superimposed. It is but also possible that the eigenfunction of the elektroa acoustic transducer depending on the iterative changed input function from the electronic manipulator lator from a variety of different Eigenfunk tions selected and with the input function via is stored. This can cause aging, for example appearances of the speaker are taken into account the. New speakers can also be used in this way chassis are recalibrated without any further Adjustment of the loudspeaker is required. The superimposed signal and the unchanged input signal point by point subtracted and the difference is in each case with a predetermined setpoint compared. The differences determined point by point and the assigned neten setpoints in predetermined time and / or Frequency intervals determined. This can be special take place advantageously when the time and / or frequency distances are adapted to human hearing or are customizable. Because now the low and high can tone range, for example, have fewer data points than the mid-range. The eigenfunction of the elek troacoustic transducer can preferably by stati cal or dynamic frequency response measurements determined become. It is also intended that the eigenfunction of the electroacoustic transducer can be changed, for example to adapt to the acoustics of the listening room to enable.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, welche sich zur Durchführung des beschriebenen Verfah rens besonders eignet. Diese Vorrichtung ist gekenn zeichnet durch einen Speicher, einen nachgeschalteten elektronischen Manipulator mit integriertem Speicher baustein und einen angeschlossenen elektroakustischen Wandler. Dabei sind der Speicher und der Speicherbau stein vorzugsweise jeweils als Halbleiterspeicher aus gebildet. Weiter ist beabsichtigt, daß der elektroni sche Manipulator zumindest einen Rechner mit Speicher und mit Ein- Ausgabeeinheit und einen zugeordneten FFT- Analysator aufweist. Die Eigenfunktion des elektroaku stischen Wandlers läßt sich dann besonders elegant speichern, wenn sie in einem an den Rechner anschließ baren und von dem Rechner auslesbaren EPROM speicherbar ist.The invention also relates to a device which are used to carry out the procedure described rens is particularly suitable. This device is known characterized by a memory, a downstream electronic manipulator with integrated memory module and a connected electro-acoustic Converter. There are the storage and the storage construction stone preferably each as a semiconductor memory educated. It is also intended that the electronic cal manipulator at least one computer with memory and with input / output unit and an assigned FFT Has analyzer. The eigenfunction of the elektroaku tical converter can then be particularly elegant save if they are connected to the computer EPROM that can be read out and read out by the computer is.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun die Erfindung im Detail erläutert. Dabei zeigt die Fig. 2 die Eigenfunktion E des elektroakustischen Wandlers, die elektrische Eingangsfunktion I und die überlagerte Funktion A. Sämtliche Funktionen hängen von der Fre quenz und der Zeit ab. Ein Musiksignal, welches zu nächst einmal als Amplitude pro Zeiteinheit (z. B. Aus steuerungsanzeiger) am Eingang des elektronischen Mani pulators zur Verfügung steht, wird durch eine FFT prak tisch in eine Folge von Frequenzverläufen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, umgewandelt. Die in der Fig. 2 dargestellten Verläufe der Eigenfunktion, Eingangsfunk tion und der Überlagerten Funktion stellen auf diese Weise gleichsam "Schnitte" durch ein solches dynami sches Frequenzspektrum entlang fest vorgegebener Fre quenzen dar. Wenn man nun bei einer bestimmten Ein gangsfunktion, beispielsweise einem Paukenschlag, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist, die zugehörige Eigen funktion des elektroakustischen Wandlers kennt, so läßt sich erfindungsgemäß durch die angegebene Iteration die Eingangsfunktion so verändern, daß die veränderte Ein gangsfunktion - gefaltet mit der Eigenfunktion des Wand lers - idealerweise die ursprüngliche unveränderte Eingangsfunktion ergibt. Wiederholt man diese Prozedur für sämtliche relevanten Frequenzen von ca. 20 Hz- 20 kHz, so läßt sich eine unverfälschte Wiedergabe der Musik über den elektroakustischen Wandler erreichen. Noch besser ist es allerdings in diesem Zusammenhang sämtliche Frequenzen in vorgegeben Abständen parallel zu bearbeiten. Dabei werden die Frequenzabstände am besten so variiert, daß dem Auflösungsvermögen des Ohres Rechnung getragen wird. Da selbst bei geringen Frequenzabständen bzw. Zeitabständen "Lücken" im Spek trum verbleiben, werden diese "Lücken" durch bekannte Interpolationsverfahren geschlossen (Stichwort: Fehler korrektur bei CD-Spielern). Dies bietet sich insofern an, als die Daten zu diesem Zeitpunkt idealerweise noch als Digitaldaten vorliegen.The invention will now be explained in detail with reference to FIGS. 1 and 2. The FIG. 2 shows the eigenfunction E of the electroacoustic transducer, the electrical input function I and the higher-level function A. All functions depend on the frequency Fri and time off. A music signal, which is initially available as an amplitude per unit of time (e.g. from a control indicator) at the input of the electronic manipulator, is practically converted into a sequence of frequency profiles by an FFT, as shown in FIG. 1, converted. The courses of the eigenfunction, input function and the superimposed function shown in FIG. 2 thus represent "cuts" through such a dynamic frequency spectrum along fixed predetermined frequencies. If one now goes with a certain input function, for example a bang , as shown in Fig. 2, the associated eigenfunction of the electroacoustic transducer, so according to the invention iterations can change the input function so that the changed input function - folded with the eigenfunction of the transducer - ideally the original unchanged input function results. If you repeat this procedure for all relevant frequencies from approx. 20 Hz to 20 kHz, you can achieve an unadulterated reproduction of the music via the electroacoustic transducer. In this context, it is even better to process all frequencies in parallel at specified intervals. The frequency spacings are best varied so that the resolution of the ear is taken into account. Since "gaps" remain in the spectrum even at small frequency intervals or time intervals, these "gaps" are closed by known interpolation methods (keyword: error correction for CD players). This is useful in that the data is ideally still available as digital data at this point in time.

Jedenfalls kann auf diese Weise jeweils eine bestimmte Anzahl an zwischengespeicherten Frequenzspektren der Eingangsfunktion verändert werden und anschließend an den elektroakustischen Wandler abgegeben werden. Dabei bestimmt die Dauer der vorgenannten Prozedur die Zeit verzögerung bei der Wiedergabe.In any case, a specific one can be done in this way Number of temporarily stored frequency spectra of the Input function can be changed and then on the electroacoustic transducer are delivered. Here the duration of the aforementioned procedure determines the time playback delay.

Claims

1. A method for correcting the frequency response of elec troacoustic transducers such as speakers or the like, according to which the electroacoustic transducer is acted upon by an electronic manipulator connected in front with an acoustically convertible electrical input function, characterized in that the electrical input function to be converted acoustically the intrinsic function of the electroacoustic transducer is superimposed, that the superimposed function is compared with the unchanged electrical input function and deviations of the superimposed function are evaluated from the unchanged input function, that the input function - in the sense of a loop - iteratively changes as long and with the intrinsic function is superimposed until the deviations of the superimposed function from the unchanged input function have fallen below a predetermined size, and that from then on the iteratively changed input function to the e electroacoustic transducer is transmitted.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the iteratively changed input function with the Eigenfunction of the electroacoustic transducer in each case superimposed in the sense of a convolution of both functions becomes.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the time-dependent data for the one gear function and the superimposed signal within a given time range by an FFT in frequency-dependent data can be converted.

4. The method according to any one of claims 1 to 3 thereby characterized that the acoustically convertible one gear function in an electronic manipulator upstream memory and also in the elek tronic manipulator is cached, where the input radio temporarily stored in the memory tion compared with the superimposed signal is while the electronic manipulator between cached input function iteratively changed becomes.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that a single eigenfunction of the electro-acoustic transducer for any input radio tion with the iteratively changed input function is superimposed.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that the eigenfunction of the elektroaku static converter depending on the iterative changed input function from the electronic manipulator lator from a variety of different Eigenfunk tions selected and with the input function via is stored.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the superimposed signal and unchanged input signal point by point be subtracted and the difference is given with a Setpoint is compared.

8. The method according to claim 7, characterized in that that the differences determined point by point and the assigned setpoints in predetermined time and / or frequency intervals are determined.

9. The method according to claim 8, characterized in that the time and / or frequency intervals to humans union hearing are adapted or are adaptable.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized that the eigenfunction of the elektroaku static converter through static or dynamic fre frequency response measurements is determined.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, there characterized in that the eigenfunction of the elec troacoustic transducer can be changed.

12. Device for performing the method according to one of claims 1 to 11, characterized by a memory, a downstream electronic Manipulator with integrated memory chip and one connected electroacoustic transducer.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in net that the memory and the memory chip each are designed as a semiconductor memory.

14. The apparatus of claim 12 or 13, characterized ge indicates that the electronic manipulator at least least a computer with memory and with input / output unit and has an associated FFT analyzer.

15. The apparatus according to claim 14, characterized net that the eigenfunction of the electroacoustic wall lers in a connectable to the computer and from the Computer readable EPROM is storable.