DE69716216T2

DE69716216T2 - Schaltung, audiosystem und verfahren zur signalverarbeitung

Info

Publication number: DE69716216T2
Application number: DE69716216T
Authority: DE
Inventors: Maria Aarts; Paulus Straetemans
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV; Philips Norden AB
Current assignee: Koninklijke Philips NV; Philips Norden AB
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1997-05-05
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: JPH11509712A; USRE38822E1; KR100495718B1; JP3658412B2; TW343417B; MY118284A; EP0843951B1; US6111960A; CN1149897C; KR19990028771A; CN1193450A; EP0843951A1; DE69716216D1; WO1997042789A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Verarbeiten eines Audiosignals, wobei diese Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:
- einen Eingang zum Empfangen des Audiosignals und einen Ausgang zum Liefern eines Ausgangssignals,
- Selektionsmittel, die mit dem Eingang gekoppelt sind zum Selektieren eines niedrigeren Frequenzbandes des Audiosignals,
- einen Harmonische-Generator, der mit den Selektionsmitteln gekoppelt ist zum Erzeugen von Harmonischen des selektierten Signals,
- Addiermittel, die mit dem Eingang, sowie mit dem Harmonische-Generator gekoppelt sind, zum Liefern einer Summe des Eingangssignals und der erzeugten Harmonischen zu dem Ausgang.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Audio- Wiedergabesystem mit einer derartigen Schaltungsanordnung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines Audiosignals, wobei dieses System die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:
- das Selektieren eines niedrigeren Frequenzbandes des Audiosignals,
- das Erzeugen von Harmonischen des selektierten Signals,
- das Liefern einer Summe des Audiosignals und der erzeugten Harmonischen.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art ist aus EP-A 546 619 bekannt. In der bekannten Schaltungsanordnung wird ein niedriges Frequenzband eines Ausgangssignals selektiert und einem Harmonische-Generator zugeführt zum Erzeugen von Harmonischen des selektierten Signals. Auf diese Weise wird das Erfahren niedriger Frequenzen des Audiosignals außerdem verbessert. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird ein Doppelweggleichrichter als Harmonische-Generator verwendet. Ein Nachteil des Doppelweggleichrichters ist, dass er nur geradzahlige Harmonische erzeugt.
In US 5.388.159 wird eine Schaltungsanordnung beschrieben zum Wiederherstellen des Verlustes eines höheren Teils eines Frequenzspektrums eines Audiosignals, eines Teils, das bei der Übertragung des Signals verloren gegangen ist. Die Anmeldung schlägt nun eine Schaltungsanordnung vor zum Erzeugen von höheren Harmonischen eines niedrigeren Teils eines Frequenzspektrums eines Audiosignals, der nicht transportiert und/oder präsentiert werden kann, damit einem Benutzer oder einem Zuhörer den Eindruck des ganzen Spektrums geboten wird. Mit anderen Worten die betreffende Patentanmeldung schlägt eine Schaltungsanordnung vor zum Maskieren des Verlustes des niedrigeren Teils des Frequenzspektrums.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung zu schaffen zum Verarbeiten eines Audiosignals, wobei jede beliebige nicht lineare Anordnung als Harmonische-Generator benutzt werden kann zum Erzeugen jeder gewünschten Selektion von Harmonischen.
Eine Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass sie weiterhin die nachfolgenden Elemente umfasst:
- Detektionsmittel zum Detektieren eines Pegels wenigstens eine Teils des Spektrums des Audiosignals mit dem selektierten niedrigeren Frequenzband;
- Skalierungsmittel zum Skalieren der erzeugten Harmonischen in Reaktion auf den genannten Pegel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Stand der Technik der Doppelweggleichrichter nur geradzahlige Harmonische mit einem festen Amplitudenverhältnis zu der Grundharmonischen erzeugt. Durch die Maßnahme nach der vorliegenden Erfindung kann jede nicht lineare Anordnung benutzt als Harmonische-Generator werden, wobei die Freiheit geboten wird, jede beliebige Kombination von ungeraden und geraden Harmonischen und dem Amplitudenverhältnis zu der Grundharmonischen zu erzeugen. Die Verwendung aber jedes beliebigen willkürlichen Harmonische-Generator wird im Vergleich zu hohen Eingangssignalen zu einer anderen Empfindung der tiefen Frequenzen bei niedrigen Eingangssignalen führen. Dies wird verursacht durch die Tatsache, dass in einer nicht linearen Anordnung, wie einer Diode, die erzeugten Harmonischen Amplituden haben, die nicht linear bezögen sind auf die Amplitude der Grundharmonischen, während die Amplituden der von dem Doppelweggleichrichter erzeugten Harmonischen linear auf die Amplitude der Grundharmonischen bezogen sind. Durch Anwendung der Maßnahme nach der vorliegenden Erfindung können die erzeugten Harmonischen genau skaliert werden, wodurch die Freiheit der Wahl erhalten wird, jede beliebige nicht lineare Anordnung als Harmonische-Generator zu benutzen, ohne eine pegelabhängige Niederfrequenzerfahrung.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass der Eingang mit den Addiermitteln gekoppelt ist, und zwar über ein Filter mit einer Hochpass-Übertragungsfunktion zum Selektieren von Frequenzen höher als diejenigen, die durch die Selektionsmittel selektiert worden sind. Durch diese Maßnahme findet in dem Spektrum der Signale, die von den Addiermitteln geliefert wurden, keine Überlappung statt, wodurch auf diese Weise eine zusätzliche und unnatürliche Hervorhebung dieser Frequenzen vermieden wird, die es sonst durch die Überlappung von Frequenzbereichen gegen würde.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass ein Eingang der Detektionsmittel mit einem Ausgang der Selektionsmittel gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme wird die Amplitude der erzeugten Harmonischen unmittelbar auf die Amplitude des Eingangssignals des Harmonische-Generators bezogen. Außerdem dienen auf diese Weise die Selektionsmittel einem doppelten Zweck, und zwar zum Detektieren des Pegels und zum Selektieren des Signals für den Harmonische-Generator. Dies führt zu einer wirtschaftlicheren Schaltungsanordnung.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass sie wenigstens eine weitere Signalstufe aufweist, die zwischen dem Eingang und dem weiteren Eingang der Addiermittel gekoppelt ist, wobei diese Signalstufe die nachfolgenden Elemente umfasst:
- ein weiteres Selektionsmittel, das mit dem Eingang gekoppelt ist, das eine Selektionscharakteristik aufweist zum Selektieren eines Teils des Eingangssignals, in der Frequenz grenzend an das selektierte Signal der Selektionsmittel,
- einen weiteren Harmonische-Generator, der mit dem weiteren Selektionsmittel gekoppelt ist zum Erzeugen von Harmonischen des von dem weiteren Selektionsmittel selektierten Signal;
- weitere Detektionsmittel, die mit dem weiteren Selektionsmittel gekoppelt sind zum Detektieren eines Pegels des von den weiteren Selektionsmitteln selektierten Signals,
- weitere Skalierungsmittel zum Skalieren der von dem weiteren Harmonische- Generator erzeugten Harmonischen in Reaktion auf den genannten Pegel.
Dadurch, dass zwei (oder mehr) parallele Strecken vorgesehen werden zum Erzeugen von Harmonischen, wird der Effekt der Intermodulation reduziert. Diese Intermodulationentsteht, wenn zwei oder mehr starke Niederfrequenzen an dem Eingang des harmonischen Generators vorhanden sind. Dadurch, dass die Durchlassbänder der Selektionsmittel schmal genug selektiert werden, und dadurch, dass eine Anzahl Harmonische-Generatoren vorgesehen werden, die je von betreffenden Selektionsmitteln gespeist werden, die benachbarte Durchlassbänder haben, wird die Gefahr, dass zwei starke niedrige Frequenzen an dem Eingang eines der Harmonische- Generatoren vorhanden sind, weitgehend reduziert. Dadurch, dass jede einzelne Signalstrecke mit den eigenen Detektionsmitteln versehen wird, werden die in jeder Strecke erzeugten Harmonischen eine Amplitude haben, die nur auf den Signalanteil bezogen ist, aus dem die Harmonischen erzeugt werden. Dies führt zu einer natürlicheren Schall.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Harmonische-Generator eine Anzahl kaskadengeschalteter Multiplizierer aufweist, die je zwei Eingänge und einen Ausgang haben, wobei die Eingänge der ersten der Kaskade von Multiplizierern mit einem Eingang des Harmonische-Generators gekoppelt ist, wobei ein weiterer Eingang jedes der weiteren Multiplizierer mit dem Eingang des Harmonische-Generators gekoppelt ist, wobei ein jedes der Multiplizierer über einen Koeffizienten mit einem betreffenden Eingang weiterer Addiermittel gekoppelt ist, wobei der Eingang des Harmonische-Generators über einen Koeffizienten mit einem Eingang der Addiermittel gekoppelt ist, wobei die Addiermittel weiterhin einen konstanten Wert erzeugen, wobei ein Ausgang der Addiermittel die erzeugten Harmonischen liefert. Durch diese Maßnahme wird ein vielseitiger Harmonische-Generator geschaffen. Durch Änderung der Anzahl Multiplizierer und der Werte der Koeffizienten, kann eine beliebige Anzahl Harmonischer mit frei bestimmbaren Amplituden erzeugt werden.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Harmonische-Generator einen Nulldurchgangsdetektor und einen Formgenerator auf zum Erzeugen einer Wellenform in Reaktion des detektierten Nulldurchgangs, wobei eine Amplitude der erzeugten Wellenform durch den Pegel gesteuert wird, der von den Detektionsmitteln geliefert wird. Dadurch, dass der Harmonische-Generator in einen Nulldurchgangsdetektor und Wellenformerzeugungsmittel aufgeteilt wird, ist es möglich, Harmonische zu erzeugen, und zwar auf Basis der detektierten Nulldurchgänge, mit festen Amplituden. Dadurch, dass die geeignete Wellenform gewählt wird, ist es möglich, die Anzahl und die Amplituden der Harmonischen einzustellen. Dadurch, dass die Amplituden mit dem detektierten Pegel gesteuert werden, werden die erzeugten Harmonischen an das Audiosignal angepasst.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Wellenformgenerator eine Stromquelle aufweist, die von dem Pegel gesteuert wird, der von den Detektionsmitteln geliefert wird, weiterhin eine Kapazität und Mittel zum Laden und Entladen der Kapazität in Reaktion auf die detektierten Nulldurchgänge.
Dies ist eine einfache und vorteilhafte Ausführungsform eines Wellenformgenerators zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung.
Eine Ausführungsform eines Ausdiosystems mit wenigstens eine Lautsprecher nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das selektierte Frequenzband der Selektionsmittel die Hochpasscharakteristik des Lautsprechers nicht überlappt.
Durch diese Maßnahme ist die Schaltungsanordnung vorgesehen zum Kompensieren der Niederfrequenzunzulänglichkeiten des Lautsprechers, da nur diejenigen Frequenzen von der Schaltungsanordnung verarbeitet werden, die der Lautsprecher nicht einwandfrei wiedergeben kann.
Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass es weiterhin den Verfahrensschritt der Skalierung der erzeugten Harmonischen aufweist in Reaktion auf einen Pegel wenigstens eines Teils des Spektrums des Audiosignals mit dem selektierten Frequenzband.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zum Verbessern der Niederfrequenzerfahrung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der ersten Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines Harmonische-Generators zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer dritten Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine erste Ausführungsform eines Wellenformgenerators zum Gebrauch in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,
Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines Wellenformgenerators zum Gebrauch in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,
Fig. 8 Diagramme der jeweiligen Wellenformen a ... h, erzeugt in Reaktion auf ein sinusförmiges Eingangssignal, das dem Nulldurchgangsdetektor zugeführt wird, und zwar zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer dritten Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung
Fig. 10 eine Darstellung eines Audiosystems nach der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren sind identische Elemente mit demselben Bezugszeichen angegeben.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung zum Verbessern des Niederfrequenzempfangs. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Eingang 10 zum Empfangen eines Audiosignals und einen Ausgang 12 zum Liefern eines Ausgangssignals. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin Selektionsmittel 20, die mit dem Eingang 10 gekoppelt sind, einen Harmonische-Generator 22, der mit den Selektionsmitteln 20 gekoppelt ist, ein Bandpassfilter 24, das mit dem Harmonische- Generator 22 gekoppelt ist und Addiermittel 26, die mit dem Eingang 10 und dem Bandpassfilter 24 gekoppelt sind, und zwar zum Liefern der Summe des Audiosignals und des Ausgangssignals des Bandpassfilters 24 zu dem Ausgang 12. In EP-A 546 619 sind die Selektionsmittel 20 ein Tiefpassfilter, aber es können auch ein Bandpassfilter sein zum Selektieren eines Teils des Frequenzspektrums des Audiosignals. Das Bandpassfilter 24 dient zum Eliminieren der restlichen niedrigen und hohen Frequenzanteile, ist aber für die Schaltungsanordnung nicht wesentlich. Ein Doppelweggleichrichter wird als Harmonische-Generator 22 verwendet, und zwar zum Erzeugen von Harmonischen eines Signals, das dem Eingang zugeführt wird. Dadurch, dass diese Harmonischen in das Audiosignal aufgenommen werden, wird der Eindruck eines größeren Niederfrequenzinhaltes in dem Audiosignal geschaffen, wodurch eine bessere Niederfrequenzerfahrung geschaffen wird. Der in EP-A 546 619 verwendete Harmonische-Generator 22 erzeugt gerade Harmonische. Es ist möglich, den Doppelweggleichrichter durch eine andere nicht lineare Anordnung ersetzt wird, die auch ungerade Harmonische erzeugt. Eine Diode beispielsweise zeigt ein derartigen Verhalten. Nun ist aber der Eindruck eines verbesserten Niederfrequenzinhaltes ab = hängig von dem Pegel des Audiosignals.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu Fig. 1 wurden die nachfolgenden Änderungen vorgenommen:
- das Bandpassfilter 24 ist entfallen,
- die Detektionsmittel 28 sind hinzugefügt worden; deren Eingang mit einem Ausgang der Selektionsmiftel 20 gekoppelt ist,
- zwischen den Selektionsmitteln 20 und dem Harmonische-Generator 22 ist eine Teilerschaltung 30 vorgesehen, von der ein Eingang mit einem Ausgang der Selektionsmittel 20 gekoppelt ist und von der ein Eingang mit einem Ausgang der Detektionsmittel 32 gekoppelt ist, und von der ein Ausgang mit dem Harmonische-Generator 22 gekoppelt ist,
- zwischen den Harmonische-Generator 22 und die Addiermittel 26 ist ein Multiplizierer 32 eingefügt worden, von dem ein Eingang mit einem Ausgang des Harmonische- Generators 22 gekoppelt ist, von dem ein weiterer Eingang mit dem Ausgang der Detektionsmittel 28 gekoppelt ist und von dem ein Ausgang mit den Addiermitteln 26 gekoppelt ist.
Das Detektionsmittel 28 ist ein Pegeldetektor zum Detektieren eines Pegels wenigstens eines Teils des Spektrums des damit relatierten Audiosignals oder vielmehr: das Frequenzband enthaltend, das durch die Selektionsmittel 20. Dieser detektierte Pegel kann ein Amplitudenpegel sein, ein Leistungspegel, ein Spitzenpegel, ein Mittelwertspegel usw. Die Teilerschaltung 30 bildet zusammen mit dem Multiplizierer 32 Skalierungsmittel zum Skalieren der erzeugten Harmonischen in Reaktion auf den detektierten Pegel, geliefert von den Detektionsmitteln 28. Durch Einschließung der Detektionsmittel und der Skalierungsmittel nach der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Pegelabhängigkeit des Niederfrequenzeindrucks im Wesentlichen reduziert. In der vorliegenden Erfindung wird nämlich erkannt, dass diese Pegelabhängigkeit verursacht wird durch das nicht lineare Verhalten des Harmonische-Generators 22. Wenn beispielsweise der Harmonische-Generator eine zweite und eine dritte Harmonische des Eingangssignals erzeugt, dies bedeutet ebenfalls, dass die Amplitude der zweiten Harmonischen von der Amplitude des Eingangssignals zu der zweiten Potenz abhängig ist. Für die dritte Harmonische ist diese Abhängigkeit die dritte Potenz. Dies bedeutet, dass das Verhältnis der Amplituden der zweiten und dritten Harmonischen nicht konstant ist, sondern eine Funktion der Amplitude des Eingangssignals. Auf diese Weise werden die Amplituden der erzeugten Harmonischen bei niedrigen Signalpegeln ein anderes Verhältnis zu der Grundharmonischen haben als bei hohen Signalpegeln. Dies erklärt, dass der Niederfrequenzeindruck abhängig ist von der Amplitude des Eingangssignals. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird zunächst das Eingangssignal zu dem Harmonische-Generator 22 normalisiert, d. h. im Wesentlichen amplituden-unabhängig gemacht. Dies geschieht in der Teilerschaltung 30 durch Teilung eines Ausgangssignals der Selektionsmittel 20 durch den detektierten Pegel, der von den Detektionsmitteln 28 geliefert worden ist. Auf diese Weise wird das Eingangssignal des Harmonische-Generators 22 normalisiert, d. h. im Wesentlichen pegel-unabhängig gemacht. Dadurch werden die Amplituden der erzeugten Harmonischen immer im Wesentlichen dasselbe konstante Verhältnis haben. In dem Multiplizierer 32 werden die von dem Harmonische-Generator 22 gelieferten Harmonischen mit dem detektierten Pegel multipliziert, der wieder von den Detektionsmitteln 28 geliefert worden ist. Dadurch, dass die erzeugten Harmonischen wieder von der Amplitude des Eingangssignals abhängig gemacht wird, werden die erzeugten Harmonischen in ihr richtiges Amplitudenverhältnis zu dem Audiosignal gebracht. Vorzugsweise wird der Pegel des Eingangssignals, das dem Harmonische-Generator 22 zugeführt wird, für diese Skalierung benutzt. Dies ist aber nicht wesentlich, solange die Harmonischen skaliert werden in Reaktion auf einen Pegel, der unmittelbar daran relatiert ist oder wenigstens einen Teil des Audiosignals enthält. Dies bedeutet, dass der Eingang der Detektionsmittel 28 ebenfalls mit dem Eingang 10 gekoppelt sein kann, statt mit dem Ausgang der Selektionsmittel 20. Durch Anwendung der Maßnahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, jede beliebige nicht lineare Anordnung mit dem gewünschten nicht linearen Verhalten als Harmonische- Generator zu verwenden, da das Verhältnis der Amplituden dieser Harmonischen immer im Wesentlichen unabhängig von dem Eingangssignalpegel sein wird. Diese Freiheit ermöglicht die. Wahl eines Harmonische-Generators 22, der alle beliebigen Harmonischen (ungeraden und/oder geraden) und deren richtige Amplitude erzeugt, in Übereinstimmung mit dem erwünschten Effekt, und ist nicht länger auf entweder eine pegelabhängige Niederfrequenzerfahrung oder eine begrenzte Wahl erzeugter Harmonischer begrenzt (wie diese von einem Doppelweggleichrichter erzeugt werden).
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Harmonische-Generators zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung. Der Harmonische-Generator 22 umfasst einen Eingang 210, einen Ausgang 211, Koeffizienten 221 ... 225, eine Anzahl kaskadengeschalteter Multiplizierer 201 ... 203, mit je zwei Eingängen und einem Ausgang, und einen Addierer 204. Ein Eingang jedes der Multiplizierer ist mit einem Eingang 210 des Harmonische-Generators 22 gekoppelt. Ein weiterer Eingang des Multiplizierers 201 ist ebenfalls mit dem Eingang 210 gekoppelt. Die restlichen Eingänge der Multiplizierer 202 und 203 sind mit den Ausgängen der Multiplizierer 201 bzw. 202 gekoppelt. Jeder der Ausgänge des Multiplizierers 203 ... 201 ist über betreffende Koeffizienten 221 ... 223 mit dem Addierer 204 gekoppelt. Der Eingang 210 ist ebenfalls über einen Koeffizienten 224 mit dem Addierer 204 gekoppelt. Außerdem ist ein konstanter Wert 1 auch über einen Koeffizienten 225 mit dem Addierer 204 gekoppelt. Der Wert C5 ist derart gewählt worden, dass an dem Ausgang des Addierers 204 kein DC erscheint. Die Koeffizienten 221 ... 225 multiplizieren deren betreffende Eingangssignale mit den respektiven Werten C1 ... C5. Dadurch, dass die Koeffizientenwerte C1 ... C5 auf ihren betreffenden Werte gesetzt werden, kann jede Mischung von ersten bis fünften Harmonischen auf entsprechende Weise erzeugt werden. Wenn mehr oder weniger Harmonische erforderlich sind, kann die Anzahl Multiplizierer und Koeffizienten vergrößert oder verringert werden. Dadurch, dass die Koeffizienten C1 ... C5 einstellbar gemacht werden, können die erzeugten Harmonischen in Anzahl und Größe angepasst werden um den erforderlichen Niederfrequenzeffekt zu erzielen oder sie können an die niederfrequenten Unzulänglichkeiten eines mit der Schaltungsanordnung gekoppelten Lautsprechers angepasst werden. Der dargestellte Harmonische-Generator ermöglicht eine freie Wahl in Anzahl und Amplitude der erzeugten Harmonischen.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu Fig. 2 ist der Teiler 30 in Wirklichkeit durch eine AVR-Schaltung 34 ersetzt worden zur Normalisierung des Eingangssignals des Harmonische-Generators 22 und der Ausgang der Detektionsmittel 28 ist nun nur mit einem Eingang des Multiplizierers 32 gekoppelt. AVR-Schaltungen sind allgemein bekannt und brauchen nicht näher erläutert zu werden.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 umfasst die Selektionsmittel 20, die mit dem Eingang 10 gekoppelt sind, den Harmonische-Generator 22, der mit den Selektionsmitteln 20 gekoppelt ist, die Detektionsmittel 28, die mit den Selektionsmitteln 20 gekoppelt sind, die Addiermittel 26, die mit dem Eingang 10 gekoppelt ist und den Harmonische-Generator 22 zum Liefern eines Summensignals zu dem Ausgang 12. Der Harmonische-Generator 22 umfasst einen Nulldurchgangsdetektor 240 zum Detektieren eines Nullübergangs in einem Signal, das von den Selektionsmitteln 20 geliefert wird, und einen Wellenformgenerator 241 zum Erzeugen einer Wellenform auf Basis der detektierten Nulldurchgänge, wobei die Wellenform eine Amplitude hat, die auf den detektierten Pegel bezogen ist, der von den Detektionsmitteln 28 geliefert wird. Vorzugsweise wird die Amplitude der Wellenform proportional zu dem detektierten Pegel gemacht. Dazu ist der Wellenformgenerator 241 mit dem Nulldurchgangsdetektor 240 sowie mit den Detektionsmitteln 28 gekoppelt. Dadurch, dass in Reaktion auf die detektierten Nulldurchgänge eine Wellenform erzeugt wird, ist es möglich, Harmonische zu erzeugen, die ein vorbestimmtes und konstantes Amplitudenverhältnis miteinander haben. Durch Selektion der richtigen Wellenform ist es möglich, zu selektieren, welche Harmonischen erzeugt werden und welche nicht, und sogar welches Amplitudenverhältnis es geben soll. So umfasst beispielsweise eine Rechteckwellenform ungerade Harmonische einer vorbestimmte Größe, während eine dreieckförmige Wellenform ebenfalls
Seite fehlt
sator hat eine Wellenform, die Harmonische des Eingangssignals des Nulldurchgangsdetektors 240 enthält und eine Amplitude in Reaktion auf den detektierten Pegel. In der Beschreibung der Fig. 8 werden die Signale CH und RST sowie die Spannung Vx im Zusammenhang mit der Form der erzeugten Wellenformen detailliert beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wellenformgenerators zum Gebrauch in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5. Die Wellenform umfasst nun einen Operationsverstärker 414, dessen positiver Eingang geerdet ist. Ein Widerstand 412, ein Kondensator 413 und ein Schalttransistor 415 sind zueinander parallel geschaltet und koppeln den negativen Eingang des Operationsverstärkers 414 zu dem Ausgang. Eine Spannungsquelle 409 ist über eine Reihenschaltung aus dem Schalttransistor 410 und dem Widerstand 411 zu dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 414 gekoppelt. Der Schalttransistor 410 empfängt das Ladesignal CH und der Schalttransistor 415 empfängt das Rückstellsignal RST. Die Spannungsquelle 409 hat einen Wert Vx. Bei Aktivierung des Transistors 410 mit dem Ladesignal CH wird der Kondensator 413 mit einem Strom geladen, der zu dem detektierten Pegel proportional ist, und bei Aktivierung des Transistors 413 wird der Kondensator 413 unmittelbar entladen. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 arbeitet auf gleiche Weise wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 6, nun aber liefert der Ausgang des Operationsverstärkers die erzeugten Harmonischen, mit einer Amplitude in Reaktion auf den detektierten Pegel.
Fig. 8 zeigt Diagramme mehrerer Wellenformen a ... h, erzeugt in Reaktion auf ein sinusförmiges Eingangssignal, zugeführt zudem Nulldurchgangsdetektor zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung. In diesen Diagrammen stellen die gezogenen Linien den sinusförmigen Eingang dar und die gestrichelten Linien stellen die zugeschnittenen Wellenformen dar, die von dem Wellenformgenerator 241 erzeugt worden sind. t&sub0; ... t&sub4; sind die Zeitpunkte, an denen das Eingangssignal durch Null geht. Im Allgemeinen können verschiedene Wellenformen erzeugt werden, und zwar abhängig von:
- verschiedenen Zeitpunkten zum Rückstellen der Kondensatorspannung unter Verwendung des Rückstellsignals RST,
- verschiedenen Zeitpunkten zum Laden des Kondensators, unter Verwendung des Ladesignals CH,
- der Amplitude des Stromes, wie dieser sich zu der Spannung Vx verhält: die Spannung Vx kann beispielsweise derart gewählt werden, dass sie zu dem Eingangssignal proportional ist (in diesem Fall sind das Eingangssignal und das Ausgangssignal der Detektionsmittel 28 nur in der Amplitude voneinander verschieden), das von dem Nulldurchgangsdetektor geliefert wird, oder proportional zu dem Absolutwert des genannten Eingangssignals (nun enthalten die Detektionsmittel 28 einen Gleichrichter). Andere Abwandlungen sind ebenfalls möglich.
Für die Erzeugung der Wellenformen a ... h kann das Signal CH konstant aktiviert sein. Dies bedeutet, dass Dies bedeutet, dass in diesem Fall die Transistoren 403 und 410 durch Kurzschlussschaltungen ersetzt sein können. Für die Wellenformen a und b in Fig. 8 wird der Rückstellimpuls RST bei jedem zweiten (t2, t4) bzw. vierten (t4) Nulldurchgang erzeugt. Für Fig. 8e wird ein Rückstellimpuls bei jedem Nulldurchgang erzeugt. Dieser Rückstellimpuls RST ist nur ein kurzer Impuls, erzeugt zu einem Zeitpunkt, wo das Eingangssignal durch Null geht. Für die Wellenformen c, d und e nach Fig. 8 ist kein Rückstellsignal erforderlich. In diesen Fällen können die Transistoren 405 und 415 fortfallen. Für die Wellenform h wird der Rückstellimpuls alle zwei Übergänge erzeugt, aber nun dauert der Rückstellimpuls RST entweder bis an den nächsten Nulldurchgang oder das Ladesignal CH ist alle zwei Nulldurchgängen passiv, was dauert, bis der nächste Nulldurchgang auftritt, oder beides. In diesem Fall ist das Ladesignal CH das invertierte Rückstellsignal RST. Für wellenformen a, b, f, g und h ist die Spannung Vx eine Funktion des Absolutwertes des Eingangssignals, das dem Nulldurchgangsdetektor 240 zugeführt wird. Für Wellenformen c, d und e ist die Spannung Vx zu dem Wert des Eingangssignal proportional, einschließlich des Vorzeichens. Die Differenz zwischen den Wellenformen e und c ist, dass für die Wellenform c kein Rückstellsignal aktiv ist, dass aber für die Wellenform e ein Rückstellsignal aktiv ist, und zwar bei jedem Nulldurchgang (t&sub0; ... t&sub4;). Für die Wellenform h macht es nichts aus, ob Vx eine Funktion des Wertes des Eingangssignals oder des Absolutwertes ist da das Laden des Kondensators nur während derselben Phase des Eingangssignal stattfindet. Die Wellenform d nach Fig. 8 kann von der Wellenform c aus Fig. 8 hergeleitet werden, und zwar auf die nachfolgende Art und Weise. Die Wellenform c aus Fig. 8 wird an dem Kondensator gemessen und dieser gemessene Wert empfängt dann das Vorzeichen des Eingangssignals. Dies kann dadurch gemacht werden, dass der gemessene Wert mit einem Signal multipliziert wird, welches das Vorzeichen des Eingangssignals darstellt. Ein derartiges Signal kann unmittelbar an dem Ausgang eines nicht invertierenden Begrenzers erhalten werden, der als Nulldurchgangsdetektor 240 wirksam sein kann. Zum Erzeugen der Wellenform f nach Fig. 8 kann der Ladestrom des Kondensators alle zwei Nulldurchgänge das Vorzeichen umkehren. Es ist kein Rückstellsignal RST erforderlich. Ein Signal um die Richtung des Ladestroms anzugeben, kann dadurch erhalten werden, dass das Signal, welches das Vorzeichen des Eingangssignals darstellt (wie oben beschrieben), durch einen Faktor 2 geteilt wird. Die Erzeugung der oben beschriebenen Impulse für das Rückstellsignal RST liegt durchaus innerhalb der Fähigkeiten des Fachmannes und braucht keine weitere Erläuterung. Die Wellenformen a ... h nach Fig. 8 sind nur illustrativ und nicht begrenzend.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm einer vierten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungsanordnung umfasst ein Hochpassfilter 21, das mit dem Eingang 10 gekoppelt ist, eine Anzahl Bandpassfilter 20A ... 20N, die mit dem Eingang 10 gekoppelt sind, eine Anzahl Blöcke 23A ... 23N, die mit den Bandpassfiltern 20A ... 20N gekoppelt sind, eine Anzahl weiterer Bandpassfilter 24A ... 24N, die mit den Blöcken 23A ... 23N gekoppelt sind, wobei Ausgänge der Anzahl weiterer Bandpassfilter 24A ... 24N und der Hochpassfilter 21 mit den Addiermitteln 26 gekoppelt sind. Die Blöcke 23A ... 23N umfassen je Skalierungsmittel und einen Harmonische-Generator.
So kann beispielsweise ein Block die Blöcke 22 und 28 enthalten, wie in Fig. 5 dargestellt, oder die Blöcke 30, 22, 32 und 28, wie in Fig. 2 dargestellt, oder aber die Blöcke 34, 22, 32 und 28, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Bandpassfilter 20A ... 20N haben vorzugsweise Bandpasscharakteristiken, die neben einander legen.
So kann beispielsweise das Bandpassfilter 20A Frequenzen von 20-30 Hz selektieren, das Bandpassfilter 20B kann beispielsweise Frequenzen von 30-40 Hz selektieren usw. Auf diese Art und Weise werden für jedes schmale Frequenzband, das von einem der Bandpassfilter 20A ... 20N selektiert wird, Harmonische erzeugt. Ein Vorteil der Aufteilung in kleine Bänder ist, dass während der Erzeugung der Harmonischen wenig Intermodulationsstörung auftreten wird. Wenn keine Aufteilung stattfindet, ist es möglich, dass mehr als nur ein starker niederfrequenter Anteil an dem Eingang des Harmonische-Generators vorhanden sein kann. Der Harmonische-Generator 22 wird Harmonische von nicht nur diesen Niederfrequenzanteilen erzeugen, sondern auch Mischprodukte erzeugen, wobei die Niederfrequenzanteile miteinander gemischt werden. Die aus diesen Mischerzeugnissen erzeugten Harmonischen sind nicht in dem ursprünglichen Audiosignal vorhanden und können als Störung erfahren werden. Die Aufteilung des Spektrums in kleine Bänder und das Zuordnen separater Harmonische- Generatoren zu jedem Band wird im Wesentlichen verhindern, dass eine derartige Intermodulation stattfindet. Die kombinierten Bandpassfilter 20A ... 20N selektieren auf diese Weise einen Teil des Tiefpass-Spektrums des Audiosignals. Das Hochpassfilter 21 selektiert vorzugsweise den hohen Teil des Spektrums des Audiosignals, der nicht von dem Bandpassfilter 20A ... 20N selektiert wird. Auf diese Art und Weise gibt es keine Überlappung zwischen den Frequenzbändern des Hochpassfilters 21 und der Anzahl Bandpassfilter 20A ... 20N, wodurch eine Überentzerrung an den Niederfrequenzanteilen in dem Ausgangssignal an dem Ausgang 12 vermieden wird. Die weiteren Bandpassfilter 24A ... 24N sind ähnlich in der Funktion wie das Bandpassfilter 24, dargestellt in Fig. 1. Die Bandpasscharakteristik eines der Filter 24A ... 24N ist entsprechend der Bandpasscharakteristik mit einem assoziierten Filter der Filter 20A ... 20N. Wenn beispielsweise das Filter 20A eine Bandpasscharakteristik von 20 bis 30 Hz hat, dann kann die Charakteristik des Filters 24A einen Bereich von 20-120 Hz haben. Auf diese Weise ist die obere Grenzfrequenz des Filters 24A vorzugsweise ein Vielfaches der oberen Grenzfrequenz des Filters 20A. Dasselbe gilt für die unteren Grenzfrequenzen dieser Filter. Es ist nicht notwendig, dass die unteren Grenzfrequenzen der Filter 24A ... 24N den oberen Grenzfrequenzen der Filter 20A ... 20N entsprechen. Es ist möglich, nur ein Detektionsmittel 28 zu verwenden um die Harmonischen in jedem Block 23A ... 23N in Reaktion auf denselben detektierten Pegel zu skalieren. Es ist aber zu bevorzugen, für jeden Block ein separates Detektionsmittel zu verwenden. Die hier beschriebenen Ausführungsformen zeigen ein Verfahren zum Verbessern der Niederfrequenzerfahrung in einem Audiosignal. Durch Selektion eines Frequenzbandes des Audiosignals, durch Erzeugung von Harmonischen dieses selektierten Signals und durch Skalierung der erzeugten Harmonischen in Reaktion auf einen Pegel wenigstens eines Teils des Spektrums des Audiosignals, und durch Lieferung der Summe des Audiosignals und der Harmonischen als Ausgangssignal, wird ein Verfahren verwirklicht, das alle Vorteile der vorliegenden Erfindung in sich hat, wie diese in Bezug auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie dargestellt, beschrieben sind. Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Vorteil für Audio-Wiedergabesysteme, die kleine Lautsprecher enthalten, beispielsweise tragbare Rundfunkgeräte, CD-Spieler, Kassettenrecorder oder sogar Fernsehempfänger. Durch Hinzufügung einer Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird die Erfahren niedriger Frequenzen verbessert.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm eines Audiosystems nach der vorliegenden Erfindung. Das Audiosystem umfasst eine Signalquelle 60, die mit der Schaltungsanordnung 61 gekoppelt ist zum Verbessern der Niederfrequenzerfahrung, wobei die Schaltungsanordnung 61 mit einem Verstärker 62 gekoppelt ist, wobei dieser Verstärker 62 mit einem Lautsprecher 63 gekoppelt ist. Die Signalquelle 61 kann sein Signal von einer CD, einer Kassette oder einem empfangenen Signal oder jeder anderen beliebigen Audioquelle herleiten. Die Schaltungsanordnung 61 kann jede beliebige Schaltungsanordnung nach den Fig. 2, 4, 5 oder 9 sein. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich zum Gebrauch im Zusammenhang mit einem Lautsprecher 63, der eine Hochpasscharakteristik zeigt. Dies bedeutet, dass niedrige Frequenzen nicht einwandfrei von dem Lautsprecher 63 wiedergegeben werden können. Vorzugsweise ist das Frequenzband der Selektionsmittel 20 der Schaltungsanordnung 62 nicht überlappend mit der Hochpasscharakteristik des Lautsprechers 63 gemacht. Auf diese Weise werden Harmonische von nur denjenigen Frequenzen erzeugt, die durch den Lautsprecher 63 gedämpft werden, oder nicht in dem akustischen Signal vorhanden sind, das von dem Lautsprecher 63 wiedergegeben wird. Die Audiomittel können ein tragbares Radio oder ein CD-Spieler oder jede andere beliebige Audio-Anordnung mit Lautsprechern sein, die in der Niederfrequenzwiedergabe begrenzt sind, einschließlich sogar Fernsehgeräte mit eingebauten Lautsprechern oder Multimedia-PCs oder sogar Telephone. Die Reihenfolge der Schaltungsanordnung 61 und des Verstärkers 62 kann gewünschtenfalls umgekehrt werden. Weiterhin kann das Audiosystem Mittel umfassen zum Erzeugen anderer Schalleffekte usw., die unabhängig von der vorliegenden Erfindung sind und kein Material der vorliegenden Erfindung bilden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben gegebenen Beispiele beschränkt. So kann beispielsweise ein Bandpassfilter 24 auch in den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 2, 4 und 5 einverleibt sein, und zwar unmittelbar vor den Addiermitteln 26, ähnlich wie in Fig. 1. Weiterhin kann statt einer direkten Kopplung des Eingangs 10 mit den Addiermitteln 26, wie in den Fig. 1, 2, 4 und 5 ein Hochpassfilter eingefügt sein, wie in Fig. 9 dargestellt. Außerdem ist der Harmonische- Generator nicht auf das gegebene Beispiel beschränkt. Andere nicht lineare Anordnungen, wie Dioden und Transistoren, können ebenfalls zum Erzeugen von Harmonischen benutzt werden. Der Wellenformgenerator ist nicht auf das Erzeugen von Wellenformen a ... h, wie in Fig. 8 dargestellt, begrenzt. Ein Fachmann wird imstande sein, andere Wellenformen mit anderen einfachen Wellenformgeneratoren zu schaffen, basiert auf den detektierten Nulldurchgängen, wie Rechteckwellen oder komplexere Wellenformen. Weiterhin kann der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Harmonische- Generator auch in der aus EP-A 546 619 bekannten Schaltungsanordnung oder sogar getrennt von diesen Schaltungsanordnungen benutzt werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Verarbeiten eines Audio-Signals, wobei diese Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- einen Eingang (10) zum Empfangen des Audiosignals und einen Ausgang (12) zum Liefern eines Ausgangssignals,

- Selektionsmittel (20), die mit dem Eingang (10) gekoppelt sind zum Selektieren eines niedrigeren Frequenzbandes des Audiosignals,

- einen Harmonische-Generator (22), der mit den Selektionsmitteln (20) gekoppelt ist zum Erzeugen von Harmonischen des selektierten Signals,

- Addiermittel (26), die mit dem Eingang (10), sowie mit dem Harmonische-Generator (22) gekoppelt sind, zum Liefern einer Summe des Eingangssignals und der erzeugten Harmonischen zu dem Ausgang (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin die nachfolgenden Elemente umfasst:

- Detektionsmittel (28) zum Detektieren eines Pegels wenigstens eines Teils des Spektrums des Audiosignals mit dem selektierten niedrigeren Frequenzband,

- Skalierungsmittel (32) zum Skalieren der erzeugten Harmonischen in Reaktion auf den genannten Pegel.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (10) über ein Filter mit einer Hochpass-Übertragungsfunktion zum Selektieren von Frequenzen höher als diejenigen, die von den Selektionsmitteln (20) selektiert werden, mit den Addiermitteln (26) gekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang der Detektionsmittel (28) mit einem Ausgang de Selektionsmittel (20) gekoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung wenigstens eine weitere Signalstufe aufweist, die zwischen dem Eingang (10) und einem weiteren Eingang der Addiermittel (26) gekoppelt ist, wobei die Signalstufe die nachfolgenden Elemente umfasst:

- ein weiteres Selektionsmittel (20A-20N), das mit dem Eingang (10) gekoppelt ist, das eine Selektionscharakteristik aufweist zum Selektieren eines Teils des Eingangs- Signals, in der Frequenz grenzend an das selektierte Signal der Selektionsmittel,

- einen weiteren Harmonische-Generator (23A-23N), der mit dem weiteren Selektionsmittel (20A-20N) gekoppelt ist zum Erzeugen von Harmonischen des von dem weiteren Selektionsmiftel (20A-20N) selektierten Signal,

- weitere Detektionsmittel, die mit dem weiteren Selektionsmittel (20A-20N) gekoppelt sind zum Detektieren eines Pegels des von den weiteren Selektionsmitteln (20A- 20N) selektierten Signals,

- weitere Skalierungsmittel (23A-23N) zum Skalieren der von dem weiteren Harmonische-Generator (23A-23N) erzeugten Harmonischen in Reaktion auf den genannten Pegel.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Harmonische-Generator (22) eine Anzahl kaskadengeschalteter Multiplizierer (201, 203, 204) aufweist, die je zwei Eingänge und einen Ausgang haben, wobei die Eingänge der ersten der Kaskade von Multiplizierern mit einem Eingang des Harmonische-Generators gekoppelt ist, wobei ein weiterer Eingang jedes der weiteren Multiplizierer (202, 203) mit dem Eingang des Harmonische-Generators (22) gekoppelt ist, wobei ein Ausgang jedes der Multiplizierer (201, 203, 204) über einen Koeffizienten (221, 222, 223, 224) mit einem betreffenden Eingang weiterer Addiermittel (204) gekoppelt ist, wobei der Eingang (210) des Harmonische-Generators (22) über einen Koeffizienten (224) mit einem Eingang der Addiermittel (204) gekoppelt ist, wobei die Addiermittel (204) weiterhin einen konstanten Wert (225) erzeugen, wobei ein Ausgang (221) der Addiermittel die erzeugten Harmonischen liefert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Harmonische-Generator (22) einen Nulldurchgangsdetektor (240) und einen Wellenformgenerator (241) aufweist zum Erzeugen einer Wellenform in Reaktion auf die detektierten Nulldurchgänge, wobei eine Amplitude der erzeugten Wellenform durch den Pegel gesteuert wird, der von den Detektionsmitteln (28) geliefert wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenformgenerator (241) eine Stromquelle aufweist, die von dem Pegel gesteuret wird, der von den Detektionsmitteln (28) geliefert wird, eine Kapazität (404) und Mittel (402, 405) zum Laden und Entladen der Kapazität (404) in Reaktion auf die detektierten Nulldurchgänge.

8. Audiosystem, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 aufweist.

9. Audiosystem nach Anspruch 8 mit wenigstens einem Lautsprecher (63) mit einer Hochpasscharakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass das selektierte Frequenzband der Selektionsmittel (20) mit der Hochpasscharakteristik des Lautsprechers (63) nicht überlappend ist.

10. Verfahren zum Verarbeiten eines Audiosignals, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

- das Selektieren eines niedrigeren Frequenzbandes des Audiosignals,

- das Erzeugen von Harmonischen des selektierten Signals,

- das Liefern einer Summe des Audiosignals und der erzeugten Harmonischen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den nachfolgenden Verfahrensschritt umfasst:

- das Skalieren der erzeugten Harmonischen in Reaktion auf einen Pegel wenigstens eines Teils des Spektrums des Audiosignals mit dem selektierten niedrigeren Frequenzband.