NL9200237A - Niveaugestuurde toonregeling. - Google Patents

Description

Titel: Niveaugestuurde toonregeling

De uitvinding heeft betrekking op een niveaugestuurde toonregeling, die bestemd is om geschakeld te worden tussen een voorver sterker enerzijds en een vermogensverst erker anderzijds van een installatie voor het weergeven van muziek en spraak.

Het is bekend, dat voor het verkrijgen van een gelijke luidheidsindruk voor het menselijk oor, de geluidsdruk als funktie van de frequentie zeer sterk moet variëren. De zogenaamde isophonen geven aan, dat bij zeer lage luister-niveaus, ten opzichte van een gegeven geluidsdruk bij ongeveer 3 kHz, de lage frequenties rond 20 Hz ongeveer 30 dB luider moeten worden weergegeven, terwijl ook frequenties rond 15 kHz meer dan 10 dB luider moeten worden gepresenteerd.

Bij hogere geluidsniveaus neemt de behoefte aan deze grote verschillen snel af, om bij geluidsdrukken van 90 dB en meer nog maar enkele dB's te bedragen.

Dit betekent in feite, dat bij variatie van een geluids-volume, de aanpassing van de toonregeling in overeenstemming met bovenstaande fysiologische wetten zou moeten plaatsvinden. Dit is wel te realiseren, indien men een muziekstuk van nagenoeg constante geluidsterkte in zijn geheel op een ander niveau wil weergeven, doch niet, indien in een gegeven muziekstuk passages voorkomen van sterk verschillend volume. Men dient dan een gemiddelde instelling te kiezen, die niet voor het gehele stuk kan voldoen.

Men zou kunnen denken, dat, bij geregistreerde muziek, in de opname al kan worden vastgelegd, met welke karakteristiek de delen van verschillende luidheid moeten worden opgenomen; dit blijkt echter niet te kunnen, daar niet bekend is, bij welk gemiddeld niveau de muziek later door de gebruiker wordt afgespeeld: is dit luid, dan kan de gehele karakteristiek gemiddeld "vlakker"' zijn en is dit op een laag niveau, dan zou de karakteristiek "holler" moeten zijn. Men kan dus alleen juist instellen, indien men het gewenste afspeelniveau heeft vastgesteld.

De onderhavige uitvinding beoogt te voorzien in een elektronische oplossing om op eenvoudige en toch verrassend doeltreffende wijze aan deze behoefte tegemoet te komen.

De uitvinding voorziet hiertoe in een toonregeling van voornoemde soort, met het kenmerk, dat de niveaugestuurde toonregeling een ingangsbufferschakeling/ een regelversterker en een toonregelversterker omvat en dat de regelversterker is ingericht om, afhankelijk van het toegevoerde ingangssignaal, de toonregelversterker zodanig in te stellen, dat de karakteristiek van de toonregeling voortdurend wordt aangepast aan de isophonen van het menselijk oor.

Omdat de isophonen van het menselijk gehoor voor hogere frequenties bij verschillende geluidsdrukken in hoge mate gelijkvormig zijn maar een complex verloop hebben, heeft een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding het kenmerk, dat een zich voor verschillende geluidsdrukken bij benadering herhalend deel van de benodigde correctiekarakteristiek als vaste correctie in enig ander deel van de versterkerketen is opgenomen, waardoor de resterende benodigde correctiékarakteris-tieken van de toonregeling van een eenvoudiger orde kunnen zijn.

De uitvinding zal in het hiernavolgende worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont: figuur 1 een blokschema van een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; figuur 2 een blokschema van een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; en figuur 3 een elektronisch schema van een praktische implementatie van de inrichting volgens figuur 2.

Volgens de uitvinding wordt in een eléktro-acoustische inrichting, tussen de toonregeling en de vermogens-versterker, de inrichting volgens figuur l verbonden. Ben voorversterker 1 buffert het binnenkomende signaal en voédt dit aan een regelversterker 2. De voorversterker 1 levert het signaal bovendien af aan een toonregelversterker 3, die zowel lage als hoge frequenties naar behoefte kan versterken, waardoor een holle karakteristiek wordt verkregen. Deze toonregelversterker wordt bestuurd door de regelversterker op zodanige wijze, dat bij het laagst beluisterbare niveau bij 20 Hz ongeveer 30 dB meer versterking wordt verkregen dan voor 3 kHz en bij 15 kHz eveneens een meerversterking wordt verkregen, doch nu van ongeveer 12 dB. Hiermede wordt, volgens de bekende isophonen voor lage geluidsniveaus, de karakteristiek van de versterker aan de behoefte van het menselijk oor aangepast. Stijgt echter het geluidsniveau, dan zal de regelversterker 2 de toonregelversterker 3 zodanig besturen, dat deze de versterking voor lage en hoge tonen zodanig vermindert, dat bij een luister-niveau van meer dan 90 dB een praktisch 'rechte' karakteristiek van de toonregelversterker ontstaat. De bij regeling dient, zoals bekend uit de isophonen voor verschillende niveaus, al bij laag niveau plaats te vinden, daar reeds dan "overdreven" hoog- en laag-correcties onnatuurlijk overkomen.

Digitaal is het eenvoudig om in een toonregeling een laag-op versterking te realiseren van rond 30 dB, terwijl daarbij een hoog-op versterking tot 12 dB plaatsvindt. De uitvinding biedt echter een praktische oplossing, om ook analoog met eenvoudige middelen hetzelfde regelbereik te realiseren, zoals het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 2 toont, in deze figuur is de ingangsbuffer l weer verbonden met de regelversterker 2, welke een toonregelversterker 3 bestuurt, van het type dat veelvuldig wordt gebruikt voor de toonregeling in bijvoorbeeld televisie-apparaten. Het attractieve hiervan is, dat alle parameters met een spanning te sturen zijn. Dit geïntegreerde circuit regelt zowel lage en hoge tonen op, maar ook af, in een grootte-orde van + en - 15 dB. De op-versterking is dus maar de helft van de gewenste. Door nu de ingangsbuffer 1 te verbinden met de filterschakeling 4, welke laag-op versterkt met ongeveer 15 dB en hoog-op met ongeveer 6 dB, en deze schakeling middels de operationele versterker met de toonregelversterker te koppelen en deze laatste in te stellen op een aanvangsversterking van laag-op 15 dB en hoog-op 6 dB, wordt een totale aanvangsversterking met +30 dB voor lage frequenties en +12 dB voor hoge frequenties verkregen, zoals gewenst is. Stelt men nu het regelcircuit zodanig in, dat bij een stijging van het ingangssignaal met 90 dB de toonregeling volledig is omgeklapt tot het spiegelbeeld met 15 dB laag-af en 6 dB hoog-af, dan compenseert deze het voorgeschakelde filter 4, waardoor een rechtere of nagenoeg rechte karakteristiek ontstaat. Zo wordt ook aan het gestelde doel beantwoord, terwijl op eenvoudige wijze gébruik wordt gennaakt van courante geïntegreerde bouwstenen.

Met condensatoren kan de reactiesnelheid van het systeem worden aangepast aan de verschillende behoeften, uitgangspunt daarbij is volgens de uitvinding de aanpassingssnelheid van het menselijk oor zelf, -welke veel trager is dan men vermoedt, zodat ook de bij regeling door het onderhavige systeem als regel niet snel behoeft te zijn. Een uitzondering vormen extreme gevallen, waarbij gewenst is, dat plotselinge luide geluidsexplosies snel worden opgevangen, volgens de . uitvinding kan dan een kleine vertragingscondensator voor de bassen en een grote vertraging voor de hoge tonen uitkomst brengen. Hiertoe kan de regelversterker 2 worden uitgevoerd in de vorm van twee parallelle versterkertakken, waarvan de ene de regeling voor de lage frequenties bestuurt en relatief snel is en de andere de regeling voor de hoge frequenties en relatief traag is. Figuur 3 toont een dergelijke uitvoering, waarbij de condensator Ci de snelheid voor lage frequenties en de condensator C2 die voor hoge frequenties bepaalt. In figuur 3 is slechts het linkerkanaal van een toonregeling volgens de uitvinding getoond. Omdat echter in deze uitvoering de spanningsgestuurde toonregelversterker 3 de toonregeling voor twee kanalen L en R kan verzorgen wordt aan de regelversterker 2, die uit de twee parallelle takken bestaat, zowel het signaal van het rechter als van het linker kanaal toegevoerd om uit deze signalen gezamenlijk een regelsignaal af te leiden voor het besturen van beide kanalen van de toonregel-versterker 3 via de enkele regelingang daarvan.

Voor de praktische toepassing van de inrichting volgens de uitvinding zal men zorg moeten dragen voor het aanpassen van de aangesloten versterker om het juiste geluidsniveau in de luisterruimte te realiseren. Bepaalt men voor het laagste niveau de gewenste luidheid en dus het benodigde versterker-vermogen, dan dient de aanpassing van de eindversterkers zodanig te zijn, dat ook de gestelde 90 dB ontstaan, als het systeem zijn regelkarakteristiek heeft doorlopen en een nagenoeg rechte versterking presenteert.

Vertonen isophonen voor hogere geluidsdrukken nog duidelijke luidheidsverschillen vooral voor hoge frequenties, dan kan men de correctie hiervan beter in de oorsronkelijke, voor het onderhavige systeem geschakelde toonregeling onderbrengen, waarover dan de correcties volgens de uitvinding worden ge-superponeerd. Dit is mogelijk, omdat de vorm van de correctie-krommen in het gebied boven ongeveer 5 kHz voor verschillende geluidsdrukken in hoge mate congruent is. Het is dan niet nodig, de vooral voor hogere frequenties gecompliceerdere opbouw van de isophonen met de toonregeling volgens de uitvinding te volgen en te corrigeren. Men kan in de inrichting volgens de uitvinding volstaan met correctiekrommen van lagere orde, bijvoorbeeld eenvoudige "holle" en "bolle" correctie-krommen, die veel eenvoudiger zijn te realiseren.

Het resultaat van de maatregelen volgens de uitvinding is een verbluffende detaillering van de geluiden bij lage en zeer lage niveaus, welke een uitzonderlijk luistergenoegen verschaft.

Het ligt voor de hand, de versterkers 1 en 2 te integreren, met eventueel het filter 4 uit figuur 2. Men krijgt dan uiteindelijk 2 ic's, welke de gehele voorziening herbergen, bij voorkeur in stereo.

Gaat men er bij zorgvuldig opgezette en professionele toepassingen van uit, dat het vermogen van de eindversterker is aangepast aan de acoustische behoeften van de luister-ruimte, dan is het volgens de uitvinding aan te bevelen, de beschreven inrichting als voorversterker toe te voegen aan de eindversterker.

Ook bij de modernste uitvoeringen van luidsprekerboxen met ingebouwde eindversterkers, is volgens de uitvinding deze toevoeging even effëktief! worden de boxen vol uitgestuurd, dan geven zij dezelfde weergavekarakteristiek als oorspronkelijk het geval was, doch bij lagere geluidsniveaus zal de inrichting volgens de uitvinding de versterkingskarakteristiek automatisch aanpassen aan de behoefte van het menselijk oor, ongeacht, of men met de voorversterker handmatig volume varieert, of dat men muziekstukken weergeeft, met passages van verschillende geluidsniveaus in de muziek zelf.

In de professionele sector vindt de inrichting volgens de uitvinding vele toepassingsmogelijkheden. Heeft men een installatie voor achtergrondmuziek op laag niveau, en wil men plotseling een persoon oproepen, dan wordt automatisch de karakteristiek van de versterker aangepast. Wil een orkest romantische nummers afwisselen met luidere, vrolijke muziek, dan kan een inrichting volgens de uitvinding steeds zorgen voor de juiste aanpassing aan de luisterzaal, door deze te schakelen tussen de mixer en de eindversterkers.

Claims (7)

1. Niveaugestuurde toonregeling, die bestemd is om geschakeld te worden tussen een voorversterker enerzijds en een vermogensversterker anderzij ds van een installatie voor het weergeven van muziek en spraak, met het kenmerk, dat de niveaugestuurde toonregeling een ingangsbufferschakeling, een regelversterker en een toonregelversterker omvat en dat de regelversterker is ingericht om, afhankelijk van het toegevoerde ingangssignaal, de toonregelversterker zodanig in te stellen, dat de karakteristiek van de toonregeling voortdurend wordt aangepast aan de isophonen van het menselijk oor.

2. Niveaugestuurde toonregeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een zich voor verschillende geluidsdrukken bij benadering herhalend deel van de benodigde correctiekarak-teristiek als vaste correctie in enig ander deel van de versterkerketen is opgenomen, waardoor de resterende benodigde correctiekarakteristieken van de toonregeling van een eenvoudiger orde kunnen zijn.

3. Toonregeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,· dat deze een ingangsbuff er, een regelversterker, een laag-op en hoog-op filtercircuit en een toonregelversterker omvat, dat de toonregelversterker ongeveer 15 dB laag-op en -af en ongeveer 6 db hoog-op en -af kan versterken en dat het filtercircuit alleen ongeveer 15 dB laag-op en ongeveer 6 dB hoog-pp versterkt, waarbij de regelversterker de toonregelversterker zodanig bestuurt dat bij lage signaalniveaus de toonregelingen het filtercircuit elkaar aanvullen, terwijl bij hogere uit-sturing de karakteristiek van de toonregelversterker geleidelijk wordt bijgeregeld, zodat deze uiteindelijk het filtercircuit zodanig compenseert, dat een nagenoeg rechte totaal-karakteristiek resteert.

4. Toonregeling volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de reactiesnelheid van de toonregeling voor lage frequenties hoger is dan die voor hoge frequenties.

5. Toonregeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de in de koppeling tussen de regelversterker en de toonregel-versterker een dempingscondensator (Cl) voor lage frequenties kleiner is gekozen dan een dempingscondensator (C2) voor hoge frequenties.

6. Toonregeling volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat deze is samengebouwd met de vermogensversterker.

7. Toonregeling volgens conclusie 1 en 2, met het kenmerk, dat deze voor een kanaal is samengebouwd met de vermogens-versterker en de luidspreker(s).