DE3100025A1

DE3100025A1 - Digital gesteuertes ausgleichs- und entzerrersystem

Info

Publication number: DE3100025A1
Application number: DE19813100025
Authority: DE
Inventors: Robert W. Medford Mass. Adams; Leslie B. Newtonville Mass. Tyler
Original assignee: Dbx Inc
Current assignee: Bsr North America Ltd New York Ny Us
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1981-01-02
Publication date: 1982-04-22
Also published as: CA1157383A; US4316060A; NL8007125A; GB2068678A; JPS56101618A; FR2473233A1; AU538072B2; AU6588980A; GB2068678B; FR2473233B1

Description

ο 1 η η η O c; JlUUUZb

Patentanwälte D i ρ Ι.-Γη g.^: C u r t Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2. Januar I98I

Unser Zeichen: 17 Ο68 - Fk/Sa

Bezeichnung: "Digital gesteuertes Ausgleichs- und Entzerrersysttm"

Anmelder: DBX, Inc.

71 Chapel Street

Newton, Mass. 02195

Priorität

h. Januar 1989

109 487

Die Erfindung bezieht sich auf ein digital gesteuertes Ausgleichs- und Entzerrersystem für eine ein Lautsprechersystem aufweisende Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung zur Modifikation eines elektrischen Eingangssignals an das Lautsprechersystem derart, daß ein modifiziertes Signal geliefert wird, das gegenüber dem konstruktionsbedingten ungleichförmigen Frequenzgang des Lautsprechersystems und den akustischen Effekten der Hörumgebung, in der das Lautsprechersystem angeordnet ist, korrigiert ist.

Ein Ausgleichs- und Entzerrersystem, das auch als "Equalizer" bezeichnet wird, ist allgemein für beliebige Tonfrequenz-SignalVerarbeitungssysteme zweckmäßig, beispielsweise für Tonbandgeräte, Plattenspieler oder Bundfunkempfänger, weil es dem Hörer ermöglicht, den naturgegebenen ungleichförmigen oder nicht-linearen Frequenzgang des Tonfrequenz-Signalverarbeitungssystems sowie die akustischen Effekte der Hörumgebung zu korrigieren. Beispielsweise können eine oder mehrere Frequenzabschnitte der Signale, die vom Ausgang eines Leistungsverstärkers einer Tonfrequenz-Signalwiedergabeeinrichtung zum Lautsprechersystem weitergeleitet werden, das die Schallsignale in dem Hörraum wiedergibt, in Abhängigkeit von den Frequenzeigenschaften des Lautsprechersystems und dem Hörraum relativ verstärkt oder abgeschwächt sein. Die Verstärkung oder Abschwächung dieser Frequenzabschnitte dieser Signale führt zu einem Verlust an Wiedergabetreue, weil der von dem Zuhörer gehörte Klang keine weitgehende Annäherung an den ursprünglich aufgezeichneten oder

übertragenen Kteng mehr darstellt. Der Verlust an Wiedergabetreue kann weitgehend dadurch beseitigt werden, daß ein Ausgleichs- und Entzerrersystem typischerweise zwischen dem Vorverstärker und dem Leistungsverstärker einer Tonfrequenz-SignalVerarbeitungseinrichtung eingeschaltet wird.

Eine übliche Art eines derartigen im Handel erhältlichen Ausgleichs- und Entzerrersystems wird allgemein als "Graphik Equalizer" bezeichnet. Dieses Ausgleichs- und Entzerrersystem ermöglicht eine manuelle Einstellung jedes einzelnen einer Anzahl von Frequenzbändern. Im einzelnen wird jedes Frequenzband verstärkt oder abgeschwächt, um den gewünschten Frequenzgang zu erzielen. Dieses manuell einstellbare Ausgleichs- und Entzerrersystem weist den Nachteil auf, daß der eingestellte Frequenzgang von der subjektiven Wahrnehmung des Benutzers abhängt. Entsprechend ist die richtige Einstellung dieses Ausgleichs- und Entzerrersystems von der Bedienung her sehr aufwendig und nur schwierig mit vollständig befriedigenden Eigenschaften durchzuführen.

Weiterhin wird bei den bekannten Ausgleichs- und Entzerrersystemen das verarbeitete Signal in eine Anzahl von in ihrer Verstärkung gesteuerten oder bewerteten Frequenzbändern unterteilt. Dadurch, daß die obere Frequenz eines Frequenzbandes über und sehr nahe an die untere Frequenz des benachbarten höheren Frequenzbandes gelegt wird (d. h. daß eine sehr schmale Überlappung der Frequenzbänder erzielt wird), kann eine Welligkeit zwischen jedem Frequenzband am Ausgang des Ausgleichs- und Entzerrersystems hervorgerufen werden. Eine Vergrößerung der Überlappung

- ys -

zwischen benachbarten Frequenzbändern führt zu einer Verringerung der Welligkeit, jedoch wird hierbei gleichzeitig das Ausmaß der Ausgleichs- und Entzerrersteuerung verringert, weil ein Versuch zur Verstärkung oder Abschwächung der Signalenergie in einem bestimmten Frequenzband durch die Tatsache unterlaufen werden kann, daß ein Teil dieser Signalenergie nicht beeinflußt wird, weil sie von einem benachbarten Frequenzband umfaßt ist. Zur Beseitigung dieser Probleme wurden bereits zwei Lösungsversuche verwendet. Eine Lösung besteht darin, daß eine Entzerrung über parallele Signalpfade, jeweils für ein jeweiliges Frequenzband durchgeführt wird. Obwohl auf diese Weise das Ausmaß der Welligkeit am Ausgang verringert wird, ergibt sich eine Vergrößerung der Wechselwirkung zwischen benachbarten Frequenzbändern. Die zweite Lösung verwendet eine Entzerrung über einen einzigen Signalpfad, der in Serie geschaltete Filter einschließt. Obwohl hierdurch das Ausmaß der Wechselwirkung verringert werden kann, wird hierdurch die Größe der Welligkeit zwischen den Frequenzbändern vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digital gesteuertes Ausgleichs- und Entzerrersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine zeitraubende und schwierige manuelle Einstellung des Systems nicht erforderlich ist und bei dem sich eine verringerte Welligkeit zwischen den Frequenzbändern bei gleichzeitig verringerter Wechselwirkung zwischen den benachbarten Frequenzbändern ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprächen.

Das erfindungsgemäße Ausgleichs- und Entzerrersystem
stellt ein automatisches, in geschlossener Schleife betriebenes System dar, bei dem eine Entzerrung und ein
Ausgleich des Frequenzganges erzielt wird, ohne daß die erzielte Entzerrung einen Eingriff durch eine Bedienungsperson erfordert. Das erfindungsgemäße Ausgleichs- und Entzerrersystem ergibt eine Verringerung der Welligkeit am Ausgangssignal bei gleichzeitig verringerter Wechselwirkung zwischen benachbarten Frequenzbändern. Zu diesem Zweck werden der ursprüngliche Klang und der reproduzierte KLang als Funktion des naturgegebenen nicht-linearen Frequenzganges des LautSprechersystems und der Hörumgebung verglichen und zur Korrektur des Signals verwendet.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausgleichs- und Entzerrersystem wird entsprechend ein elektrisches, den ursprünglichen KLang darstellendes Eingangssignal so modifiziert, daß der nicht-lineare Frequenzgang der Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung sowie die raumakustischen Verfälschungen der Hörumgebung korrigiert werden, in der das Lautsprechersystem der Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung angeordnet ist. Das Ausgleichs- und Entzerrersystem schließt Einrichtungen zum Vergleich der Signalenergie in jedem einer Anzahl von Auswahlfrequenzbändern eines vorgegebenen Frequenzbereiches des Eingangssignals mit der entsprechenden Signalenergie in einer gleichen Anzahl von Frequenzbändern des gleichen Bereiches eines zweiten Signals ein, das das akustische Ausgangssignal des Lautsprechersystems darstellt und eine

Funktion des nicht-linearen Frequenzganges und der akustischen Effekte der Umgebung ist. Ein diesen Vergleich darstellendes Korrektursignal wird zur Modifikation der Energie in jedem Frequenzband des Eingangssignals verwendet, um auf diese Veise den nicht-linearen Frequenzgang und die akustischen Effekte der Umgebung zu korrigieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine neuartige Filteranordnung vorgesehen, die gleichzeitig die Wechselwirkung zwischen benachbarten Frequenzbändern und der Größe der Welligkeit am Ausgang des Ausgleichs- und Entzerrersystems verringert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Ausgleichs- und Entzerrersystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Filter des Ausgleichs- und Entzerrersystems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des bevorzugten Frequenzganges jedes Filters nach Fig. 2,

Fig. 4- ein teilweise in Form eines Blockschaltbildes dargestelltes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines bevorzugten Filters des Ausgleichs- und Entzerrersystems nach Fig. 1 mit einer digitalen Steuerverstärkungs-Bewertungs-

funktion innerhalb des Frequenzbandes des Filters,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Frequenzganges des Filters nach Fig. 4,

Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform des Filterblockes der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Filterblockes der Ausführungsform nach Fig. 1.

Wie dies aus Fig. 1 zu erkennen ist, weist die dargestellte Ausführungsform des Ausgleichs- und Entzerrersystems einen Eingangsanschluß 10 zum Empfang eines Tonfrequenzsignals auf. Das Tonfrequenzsignal kann von irgendeiner Art eines Tonfrequenz-Programmsignals sein, das entweder übertragen oder aufgezeichnet wurde und das vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, das Ausgangssignal eines Vorverstärkers der Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung ist. Der Anschluß 10 ist mit einem Eontakt eines Schalters 12 verbunden. Der zweite Anschluß des Schalters 12 ist mit dem Ausgang eines Rauschgenerators 14 mit einer Amplitudenpegelsteuerung 16 verbunden, so daß der Schalter 12 in der einen Schalterstellung das Tonfrequenzsignal vom Anschluß 10 weiterleitet, während in der zweiten Schalterstellung das von dem Generator 14 gelieferte Rauschsignal weitergeleitet wird. Der Rauschgenerator 14 ist von allgemein gut bekannter Art und liefert vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, an seinem Ausgang ein "rosa" Rauschsignal innerhalb einer

Bandbreite von 20 Hz bis 20 kHz mit einem Amplitudenpegel, der durch die Pegelsteuerung 16 bestimmt ist. Wie dies allgemein bekannt ist, ist ein "rosa" Rauschsignal ein Rauschsignal mit gleicher Signalenergie pro Frequenzoktave .

Der Schaltarm des Schalters 12 ist mit dem Eingangsanschluß 18 einer digital gesteuerten Multiband-Ausgleichsund -Entzerrereinheit 20 verbunden, deren Ausgangsanschluß 22 vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, mit dem Verstärker der Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung (der seinerseits mit dem Lautsprechersystem verbunden ist) verbunden ist. Die Multiband-Entzerrer- oder Equalizer-Einheit 20 ist allgemein so aufgebaut, daß sie das Signal an ihrem Eingangs ans^.chluß 18 in zwei oder mehr diskrete Frequenzbänder aufteilt. Der Übertragungspfad zwischen dem Eingangsanschluß 10 und dem Ausgangsanschluß 22 der Einheit 20 bildet den Hauptübertragungspfad des Systems. Wie dies aus der folgenden Beschreibung noch klarer wird, wird die Signalenergie in jedem diskreten Frequenzband des Eingangssignals der Einheit 20 entsprechend einer Funktion eines Korrektursignals modifiziert, das über die Daten- und Kanalauswahlsammelschiene 24- von einem Informations-Speicher- und Wiedergewinnungssystem 26 empfangen wird. Das Korrektursignal ist eine Funktion des nicht-linearen Frequenzganges des Lautsprechersystems und der Hörumgebung für dieses Frequenzband, so daß, sobald der Ausgleichs- und Entzerrungsvorgang durchgeführt wurde, die Einheit 20 das Signal an seinem Eingangsanschluß 18 so modifiziert, daß das Signal am Ausgangsanschluß 22 derart ist, daß dieser nicht-lineare Frequenzgang im wesentlichen kompensiert ist.

2a· Syst·« 26 kann von irgendeine? Art eines Iniormatloasveraxbelttagasysteae sein, wi· si· nuneehr la Handel erhÄltlich sind» wie beispielsweise ein preisgünstiger Hikropro*esaor und peripher· Schaltungen (Featvertspeieher» Lese-Schrelb-Speioher usv*)« Sin derartiger Hikroproaeaaor wird beispielsweise unter d«r 6502 Ton nehreren Herstellern vertrieben* Der ?e_fttwertapelcber kann entspreohend 'einem Program» prograaalert β ein· ^ ',.

Zusttxlich au dea System 26 schließen die Einrichtungen arar Idafearong dea Korrekturaienala XUr 4^e^·· Traquansband al« TvDsktion d·· nioht-linearea ?r«<jaen*gaxigea d«a l»antaprecharayeteaa und der BSrongebxing einen «raten yilter-"block 28» Einrichtungen in ?on einea Hilcrophona 38 sur Lieferung ainea elektriachen Signala al» funktion dea Auaganga dea Lantapreoherayateaa innerhalb ά*χ HSruege- «inan TorreratÄrker AO _t ·1η·Λ «rtltea Tilterbloek md EinrichtTingen in ior» eine a inelog-ZDigital-Ion· Terteralockea 36 aur Lieferung «in·· Signale en da« S7* stern 26 als Punktion einea Vergleiche twisehen d«a ins-» gtngaaignal«! der Blöcke 28 tmd 42 ein·

eebaltaxai d·· Schaltera 12 ist weiterhin alt dee gangaanaehluS JO das Blocke a 28 verbxmden, deeaen Jax»· gaagaanachluS 32 alt eine» Eingang dea Blockes 36 rerVunden iat. Das Mikrophon 38 lat sit den Vorverstärker 40 verbunden» dessen Verstärkung vorzugsweise über die

Sammelschiene 48 von dem System 26 gesteuert ist. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 40 ist mit dem Eingangsanschluß 44 des Blockes 42 verbunden, dessen Ausgangsanschluß 46 mit dem zweiten Eingang des Analog-/Digital-Konverters 36 verbunden ist.

Der Filterblock 28 empfängt allgemein das ursprüngliche über den Schalter 12 übertragene Signal, während der Filterblock 42 ein Signal empfängt, das in dem Vorverstärker 40 hinsichtlich der Verstärkung so eingestellt wurde, daß sich ein ähnliches Signal ergibt, das jedoch durch den Frequenzgang der Teile der Signalverarbeitungseinrichtung unter Einschluß des Lautsprechersystems und der Hörumgebung hinter der Einheit 20 modifiziert wurde. Beide Filterblöcke 28 und 42 sind so ausgebildet, daß sie die an den entsprechenden Eingangsanschlüssen 30 und 42 empfangenen Eingangssignale in die gleichen Frequenzbänder wie in der Einheit 20 unterteilen und Ausgangssignale an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 32 und 46 liefern, die die Signalenergie in Jedem Frequenzband der jeweiligen Eingangssignale darstellen. Der An alοg-/Digital-Konverterblock 36 vergleicht das Ausgangssignal der Filterblöcke 28 und 42 für jedes Band und liefert über die Sammelschiene 50 ein Signal an das System 26, das den Vergleich für dieses Band darstellt. Die Ausgangssignale jedes der Blöcke 28 und 42 können gleichzeitig gelieferte Signale über getrennte Signalpfade, einer für jedes Frequenzband, sein und der Block 36 kann gleichzeitig (1) die Ausgangssignale der Blöcke 28 und 42 für jedes der Frequenzbänder vergleichen und (2) gleichzeitig ein Vergleichs-Ausgangssignal für jedes Frequenzband an das System 26 liefern. Wie dies im folgenden noch näher

-34-

- aer-

erläutert wird, wird jedoch vorzugsweise Jedes Band getrennt gemessen, wobei (1) die Filterblöcke 28 und 42 ein sequentielles Ausgangssignal liefern, so daß das Ausgangssignal der Filterblöcke zu irgendeinem Zeitpunkt die Signalenergie in einem einzigen Band darstellt, wobei das spezielle Band durch die Auswahlsignale bestimmt ist, die über die Sammelschiene 34 vom System 26 empfangen werden, und wobei (2) der Block J6 die Form eines Vergleichers aufweist, der ein die Differenz zwischen den beiden empfangenen Signalen darstellendes Signal liefert. Das Ausmaß der Signalkorrektur für jedes Frequenzband kann optisch in einer Leuchtdioden-Anzeige 52 sichtbar gemacht werden.

Die Betriebsweise des Ausgleichs- und Entzerrersystems wird im folgenden aus der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausfüharungsformen der Entzerrereinheit 20, der Filterblöcke 28 und 42 und des Vorverstärkers 40 noch besser verständlich.

Die Entzerrer- oder Equalizer-Einheit 20 verwendet vorzugsweise eine Anzahl von in Serien- und Parallelkombination geschalteten Filtern, so daß gleichzeitig sowohl das Ausmaß der Wechselwirkung zwischen benachbarten Frequenzbändern als auch die Welligkeit am Ausgang der Einheit 20 verringert werden. Die Filter sind vorzugsweise in der in Fig. 2 gezeigten Weise miteinander verbunden. Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Filter vorzugsweise so ausgelegt, daß sie im wesentlichen den gleichen Wert der Signalenergie weiterleiten, wenn sich der Schalter 12 in der Schalterstellung zur Zuführung von "rosa" Rauschen von dem Generator 14 befindet, d. h. jedes Filter wird im

- erso beschrieben, als ob es ein diskretes Frequenzband von einer Oktave festlegt, dessen Mittelfrequenz im Mittelpunkt der Oktave liegt. Alternativ können andere Bandbreiten, beispielsweise ein Bruchteil einer Oktave, verwendet werden, wobei eine Bandbreite von einer drittel Oktave gute Ergebnisse ergibt. Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung sind zwei Sätze oder Anordnungen von parallelen Filtern, von denen jedes ein diskretes Frequenzband festlegt, in Serie miteinander geschaltet, so daß irgendwelche zwei Filter, die benachbarte Frequenzbänder definieren, in Serie miteinander geschaltet sind. Dies führt dazu, daß die Frequenzbänder von jeweils zwei parallelen Filtern weit genug voneinander liegen, so daß sich eine relativ geringe Wechselwirkung zwischen den beiden Frequenzbändern ergibt, wahrend die benachbarten Frequenzbänder von irgendwelchen zwei in Serie geschalteten Filtern ausreichend nahe aneinander liegen, so daß sich nur eine geringe Welligkeit zwischen den.Bändern am Ausgang der Einheit 20 ergibt. Die Anzahl der Frequenzbänder ist derart, daß die gesamte interessierende Signalenergie (vorzugsweise im Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz) über die Filter übertragen wird, entsprechend sind zehn Filter gezeigt, wobei fünf parallel geschaltete Filter 80, 84, 88, 92 und 96 (mit jeweiligen Mittenfrequenzen von 30 Hz, 120 Hz, 500 Hz, 2 kHz und 8 kHz) in Serie mit fünf anderen parallel geschalteten Filtern 82, 86, 90, 94- und 98 (deren jeweilige Mittenfrequenzen bei 60 Hz, 240 Hz, 1 kHz, 4 kHz und 16 kHz liegen) verbunden sind.

Jedes Filter der Einheit 20 ist vorzugsweise ein "Spitzenwert-Minimalwert "-Filter mit veränderlichen Frequenz-

Übertragungseigenschaften gemäß Pig. 3> innerhalb des interessierenden Frequenzbandes.

Vie dies in Fig. J gezeigt ist, überträgt dieses "Spitzenwert- und Minimalwert"-Filter Signalenergie mit einer Verstärkung von Eins außerhalb des Bandpaßbereiches und ändert oder bewertet die Verstärkung innerhalb des Bandpaßbereiches als eine Funktion des Steuer- oder Korrektursignals, das von dem System 26 geliefert und vom Ausgang des Analog-ZDigital-Konverterblockes 36 abgeleitet wird. Im einzelnen nimmt, wenn die Verstärkung für den Durchlaßbereich über den Wert Eins hinaus vergrößert wird, die Übertragungscharakteristik des Filters bei der Mittenfrequenz einen Spitzenwert an, während, wenn die Verstärkung für den Durchlaßbereich unter den Wert Eins verringert wird, die Übertragungscharakteristik des Filters bei der Mittenfrequenz einen Minimalwert annimmt. Jedes Filter wird entsprechend verwendet, um eine Einstellung der Signalenergie in Abhängigkeit von einem Korrektursignal für dieses Frequenzband durchzuführen, so daß sich eine Entzerrung entweder durch Spitzenwertbildung (wobei die Signalenergie in dem Band vergrößert wird) oder Minimalwertbildung (bei der die Signalenergie in dem Frequenzband abgeschwächt wird) erreicht wird.

Weil die Eigenart der Spitzenwert- und Minimalwert-Filter der Filteranordnung der Einheit 20 derart ist, daß 3^edes Filter eine Übertragung der Signalenergie außerhalb des zugehörigen Durchlaßbereiches mit einer Verstärkung von Eins ergibt, wird die Signalenergie für einen bestimmten Durchlaßbereich eines Filters gleichzeitig mit einer Verstärkung von Eins durch alle anderen Filter der gleichen

parallelen Anordnung übertragen. Es ist daher erforderlich, von dem Ausgangssignal jeder parallelen Anordnung von Filtern die Signalenergie in jedem Frequenzband jedes Filters der Anordnung multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor zu subtrahieren, der gleich der Gesamtzahl der Filter in der Anordnung abzüglich Eins ist. Dies kann durch die Tatsache erläutert werden, daß die Filter 84, 88, 92 und 96 alle die Signalenergie innerhalb des Durchlaßbereiches des Filters 80 mit einer Verstärkung von Eins weiterleiten, weil diese Signalenergie außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter 84·, 88, 92 und 96 liegt. Entsprechend ist der Ausgang jeder parallelen Filteranordnung mit einem Eingang eines Summiergliedes 100 verbunden, während der Eingang jeder Filteranordnung mit dem Eingang eines Verstärkers 102 verbunden ist, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des Summiergliedes 1OO verbunden ist. Die Verstärkung des Verstärkers 102 ist auf einen negativen Wert mit einem Verstärkungsfaktor E eingestellt, der gleich der um Eins verringerten Anzahl der Filter in der Anordnung ist. Daher ist bei der bevorzugten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Wert von K, d. h. die Verstärkung, gleich Vier, so daß das Summierglied 100 die Signalenergie in dem durch den Durchlaßbereich jedes Filters in der parallelen Filteranordnung definierten Frequenzbereich subtrahiert, die von denübrigen vier Filtern der gleichen Anordnung weitergeleitet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Signalenergie innerhalb des Durchlaßbereiches des Filters 80 gleichzeitig dem Eingang des Verstärkers 102 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 102 enthält die Signalenergie innerhalb dieses Durchlaßbereiches, multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor von minus Vier.

-ψ*⁵'

Durch die Zuführung dieses Ausgangssignals des Verstärkers 102 an das Summierglied 100 wird im wesentlichen die Signalenergie innerhalb des durch das Filter 80 festgelegten Durchlaßbereiches, die mit einer Verstärkung von Eins durch jedes der anderen Filter 84, 88, 92 und 96 hindurchgeleitet wurde, aufgehoben. Es ist zu erkennen, daß sich ähnliche Wirkungen bezüglich der anderen Filter und ihrer Durchlaßbereiche ergeben.

Jedes der Filter ist vorzugsweise ein digital gesteuertes Verstärkungsbewertendes Bandpaßfilter, wie es im folgenden anhand der Fig. 4 erläutert wird.

Der in Fig. 4 mit gestrichelten Linien 110 umrandete Teil des Filters ist allgemein gut bekannt und wird in vielen Fällen als Filter mit veränderlichem Zustand bezeichnet. Im einzelnen ist der Eingangsanschluß 112 mit einem Eingangswiderstand 114 verbunden, der seinerseits mit dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 116 verbunden ist. Der positive Eingang des Verstärkers 116 ist über einen Widerstand 118 mit Systemerde verbunden, während der Ausgang des Verstärkers 116 mit seinem invertierenden Eingang über einen Widerstand 120 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 116 ist weiterhin über einen Widerstand 122 mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 124 verbunden, dessen positiver Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 124 ist über einen Gegenkopplungskondensator 126 mit seinem invertierenden Eingang und über einen Widerstand 128 mit dem invertierenden Eingang eines dritten Operationsverstärkers 130 verbunden. Der letztere ist mit seinem positiven Eingang mit Systemerde

verbunden, während sein Ausgang über einen Gegenkopplungskondensator 132 mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 124 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 134 mit dem positiven Eingang des ersten Operationsverstärkers 116 verbunden, während der Ausgang des dritten Operationsverstärkers I30 über einen Gegenkopplungswiderstand 136 mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers verbunden ist. Wie dies in der Technik gut bekannt ist, wirkt der erste Operationsverstärker 116 als Summierverstärker, während der zweite und der dritte Operationsverstärker 124· und 13O als Integratoren wirken. Der Ausgang des Verstärkers 116 ist ein Hochpaß-Ausgang, der Ausgang des Verstärkers 124 ist ein Bandpaß-Ausgang und der Ausgang des Verstärkers 130 ist ein Tiefpaß-Ausgang, wobei diese Ausgänge entsprechende Anteile des Eingangssignals liefern. Die einzelnen Grenzfrequenzen der Hochpaß-, Bandpaß- und Tiefpaß-Ausgänge des Filters 110 werden jeweils, durch die Werte der Widerstände 120 und 136 und die Zeitkonstanten der Integratoren 124 und 13O festgelegt. Der Wert der Widerstände 118, 120, 134 und I36 bestimmt den Gütefaktor Q des Filters. Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung werden die von den Tiefpaß- und Hochpaß-Teilen des Filters weitergeleiteten Signalanteile mit einer Relatiwerstärkung von Eins an den Ausgangsanschluß 140 des Filters weitergeleitet. Im einzelnen ist der Tiefpaß-Ausgang des Verstärkers 116 über einen Widerstand 142 mit dem Ausgangsanschluß 140 verbunden, während der Hochpaß-Ausgang des Verstärkers 130 über einen Widerstand 144 an den Ausgangs anschluß 140 übertragen wird. Die Verstärkung des Bandpaß-Ausgangsverstärkers 124 wird vorzugsweise digital durch Verstärkungssteuereinrichtungen

gesteuert. Der Bandpaß-Ausgang des Verstärkers 124 ist mit dem Eingangsanschluß 15O eines multiplizierenden Digit al-/Analog-Konverters verbunden, der allgemein mit "bezeichnet ist und der beispielsweise durch den integrierten HaTbleiterchip Nr. 7524 der Firma Analog Devices, Inc., Massachusetts, gebildet wird. Der Konverter 146 liefert bei Freigabe durch das System 26 über die Sammelschiene 34 allgemein ein Ausgangssignal an seinem Ausgangsanschluß 148, das das Produkt des Analog-Eingangssignals am Eingangsanschluß 15O multipliziert mit einem Wert ist, der durch das Digitalwort am Digitaleingang bestimmt ist (das über die Sammelschiene J4 vom System geliefert wird). Das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 148 des Konverters 146 ist daher ein bewerteter Bandpaßteil des Signals innerhalb des Bandpaßbereiches des Filters 110, der sich mit dem digitalen Worteingang am Anschluß 152 des Konverters 146 ändert. Der Ausgangsanschluß des Konverters 146 ist mit einem Strom-/Spannungs-Konverter verbunden, der ebenfalls als invertierender Verstärker dient. Der spezielle Ausgangsanschluß 148 des Konverters 146 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 154 verbunden, dessen positiver Eingang mit Systemerde verbunden ist und dessen Ausgang mit seinem invertierenden Eingang über einen Gegenkopplungswiderstand 156 und einen dazu parallel geschalteten Gegenkopplungskondensator 158 verbunden iet. Das bewertete Bandpaßsignal am Ausgang des Verstärkers 154 wird über einen Widerstand 160 dem Ausgangsanschluß 140 zugeführt, an dem dieses Signal mit den eine Verstärkung von Eins aufweisenden Hochpaß- und TiefpaßSignalen summiert wird. Das Frequenzverhalten oder der Frequenzgang des Filters nach Fig. 4 ist am besten aus Fig. 5 zu erkennen. Im

einzelnen ist der Tiefpaß-Ausgang des Verstärkers 130, der über den Widerstand 14-4- dem Ausgangs ans chluß 140 zugeführt wird, durch die mit TP bezeichnete Kurve dargestellt,, während der Hochpaß-Ausgang des Yerstärkers 116, der über den Widerstand 142 dem Ausgangsanschluß 140 zugeführt wird, durch die mit HP bezeichnete Kurve dargestellt ist. Der bewertete Bandpaß-Ausgang ist allgemein durch die mittlere Kurve BP dargestellt. Es ist zu erkennen, daß in Abhängigkeit von dem digitalen Eingang am Eingangsanschluß 152 des Konverters 146 die Bandpaß-Kurve BP nach oben oder nach unten verschoben wird, so daß die Verstärkung und damit die Bewertung des Bandpaßbereiches des Filters geändert wird. Das auf diese Weise am Ausgangsanschluß 140 erzeugte zusammengesetzte Signal ist von der in Fig. 3 gezeigten Art.

Das digitale Eingangswort an den digitalen Eingang 152 des Konverters 146 wird von dem System 26 über die Sammelschiene 34 geliefert. Das System 26 leitet das Digitalwort und damit die Bewertungsfunktion des Bandpaßteils des Filters aus dem Vergleich ab, der in dem Analog-/Digital-Konverterblock 36 nach Fig. 1 durchgeführt wird. Der Vergleich erfolgt getrennt für jeden Durchlaßbereich für jedes Filter der Einheit 20. Der Vergleich für alle Frequenzbänder kann gleichzeitig erfolgen, wobei die Ausganges ammelschiene 50 von dem Analog-/Digital-Konverterblock 36 eine Vielzahl von Signalen liefert, die die Vergleichsmessungen für alle Frequenzbänder darstellen. Alternativ und vorzugsweise führt der Analog-/Digital-Konverterblock 36 den Vergleich für die Frequenzbänder jeweils einzeln zu einer Zeit in einer zeitlichen Aufeinanderfolge durch.

Vorzugsweise verwendet jeder Filterblock 28 bzw. 42 eine Zeitmultiplextechnik, bei der die Ausgangssignale an den Ausgangsanschlüssen 32 und 46 der Jeweiligen Blöcke jeweils die Signalenergie innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes des Ausganges am Schalter 12 bzw. der Signalenergie darstellen, die von dem Mikrophon 38 geliefert wird. Der Block 36 kann in diesem Fall einfach durch einen Differenzverstärker gebildet sein, der seinerseits ein Ausgangssignal liefert, das eine Funktion der Differenz zwischen den beiden festgestellten Signalen ist.

In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform des Filterblockes unter Verwendung der Zeitmultiplextechnik gezeigt. Der Eingangsanschluß des Blockes ist mit einer parallelen Anordnung von Filtern 170 verbunden, deren Anzahl und Durchlaßbereiche der Anzahl der Filter und Durchlaßbereiche der Einheit 20 entsprechen. Entsprechend werden vorzugsweise zehn Filter 170 verwendet, die Mittenfrequenzen bei 30 Hz, 60 Hz, 120 Hz, 240 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz und 16 kHz entsprechend den Bandpaß- und Mittenfrequenzen jeweils der Filter 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 und 98 der gesamten Einheit aufweisen. Der Ausgang jedes der Filter 170 ist mit einem Pegeldetektor 172 verbunden, um ein Gleichspannungsausgangssignal als Funktion des festgestellten Araplitudenausgangssignals des entsprechenden Filters 170 zu liefern, mit dem dieser Pegeldetektor verbunden ist. Jeder Pegeldetektor 172 kann entweder den Mittelwertpegel, den Spitzenwertpegel oder den Effektivwertpegel liefern. Vorzugsweise ist der Detektor 172 ein Effektivwertdetektor, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3 681 618 beschrieben ist, und der den Signalpegel am Ausgang jedes

Filters auf der Grundlage eines eine geringe oder keine Welligkeit aufweisenden Effektivwertes mißt, so daß der Ausgang des Detektors auf seinen Eingang linear in Decibel bezogen ist. Der Ausgang jedes Detektors 172 ist mit einem Zweigeingang des Multiplexers 174- verbunden. Wie dies in der Technik gut bekannt ist, weist der Multiplexer 174· zwei Arten von Eingängen auf, nämlich Zweigeingänge und Adresseneingänge, sowie einen Signalausgang. Lediglich ein Zweigeingang kann zu irgendeiner Zeit über den Multiplexer 174- weitergeleitet werden, wobei diese Zweigeinheit von der Adresse abhängt, die am Adresseneingang über die Sammelschiene 34- von dem System 26 geliefert wird. Durch eine aufeinanderfolgende Weiterschaltung der Adressensignale für Jeden der Zweigeingänge, d. h. die Ausgänge der Detektoren 172, liefert der Ausgang des Multiplexers 174- aufeinanderfolgend die Ausgangssignale der Detektoren 172. Wie dies aus erneuter Betrachtung der Fig. 1 zu erkennen ist, wird die gleiche Adressierfolge an den Multiplexer beider Filterblöcke 28 und 4-2 geliefert, so daß das Ausgangssignal des Filterblockes 28 die Signalenergie des gleichen Frequenzbandes darstellt, dessen Signalenergie am Ausgang des Filterblockes 4-2 geliefert wird. Der Analog-/Digit al -Konverterblock, der dann vorzugsweise die Form eines Vergleichers aufweist, vergleicht die Ausgangssignale jedes Filterblockes. Wenn ein Unterschied in den Signalenergiepegeln an die Eingänge des Blockes 36 auftritt, so liefert der Block 36 ein Ausgangssignal, das die Größe und das Vorzeichen der Differenz darstellt, d. h. die Größe der Differenz sowie die Tatsache, welcher Eingang größer ist. Das Ausgangssignal des Blockes 36 wird dem System 26 zugeführt, das seinerseits das Bewertungsfunktionssignal

über die Sammelschiene 24· an das entsprechende Filter der Einheit 20 liefert, um auf diese Weise die Bewertungefunktion des Bandpaßteils dieses Filters zu modifizieren.

Der Vorverstärker 40 ist vorzugsweise identisch zu dem multiplizierendentDigital-/Analog-Konverter 146 aufgebaut, der in Fig. 4- gezeigt und anhand dieser Figur beschrieben wurde. Der Ausgang des Mikrophons 38 wird dem Analogeingang des Konverters zugeführt und entspricht einem Signalverstärkungs-Vervielfachungsfaktor, der durch das Digitalwort bestimmt ist, das von dem System 26 über die Sammelschiene 4-8 geliefert wird. Entsprechend wird die Verstärkung des Vorverstärkers 40 digital derart gesteuert, daß das Ausgangssignal des Vorverstärkers und damit das Eingangssignal an den Filterblock 4-2 ungefähr den gleichen Amplitudenpegel aufweist wie das Eingangssignal an den Filterblock 26.

Die Betriebsweise des Systems kann in einer von zwei Betriebsarten in Abhängigkeit von der Position des Schalters 12 erfolgen. Wenn der Schalterarm des Schalters 12 so bewegt wird, daß das Ausgangssignal des Rauschgenerators 14· mit dem Schalterausgang verbunden ist, so wird "rosa" Rauschen gleichzeitig am Eingangsanschluß 18 der Einheit 20 und am Eingangsanschluß 30 des Filterblockes 28 geliefert. Weil die Eigenart von "rosa" Rauschen derart ist, daß ein gleicher Wert der Signalenergie in jeder Oktave auftritt, wird im wesentlichen die gleiche Signalenergie an jedes der Filter nach Fig. 2 geliefert. Zu Erläuterungszwecken und ohne jede Einschränkung kann angenommen werden, daß der Bandpaßfilterteil jedes Filters

zunächst auf eine Verstärkung von Eins gebracht wurde, so daß sich keine Bewertungsfunktion für die einzelnen Frequenzbänder ergibt. Die Signalenergie würde daher mit einer Verstärkung von Eins an das Verstärker- und Lautsprechersystem der Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung geliefert, mit der das vorstehend beschriebene Entzerrersystem verwendet wird. Das Ausgangssignal des Lautsprechersystems in der Hörumgebung würde durch das Mikrophon 38 festgestellt, das seinerseits ein Signal an den Vorverstärker 40 liefert. Der Vorverstärker 40 stellt die Gesamtverstärkung des Signals in Abhängigkeit von dem Digitalsignal ein, das über die Sammelschiene 48 von dem System 26 geliefert wird. Der Vorverstärker 40 stellt die Verstärkung des Ausgangssignals des Mikrophons 38 im wesentlichen so ein, daß das Breitbandausgangssignal des Vorverstärkers ungefähr den gleichen Amplitudenpegel aufweist, wie er über den Schalter 12 geliefert wird. Das dem Eingangsanschluß des Filterblockes 42 zugeführte Signal weicht jedoch von dem Eingangssignal an den Filterblock 28 aufgrund des nicht-linearen Frequenzganges des Teils des Signalverarbeitungssystems ab, der mit dem Ausgang der Einheit 20 verbunden ist und das Lautsprechersystem sowie die akustischen Effekte der Hörumgebung einschließt.

Die Signalenergie in jedem Frequenzband wird durch die Filter 1?O jedes Filterblockes 28 bzw. 42 in einzelne interessierende Frequenzbänder unterteilt. Die Detektoren 172 liefern den Effektivwertausgang an die Zweigeingänge des Multiplexers 174 für jeden Filterblock. Die Multiplexor· 174 der Filterblöcke 28 und 42 werden von dem System 26 über die Sammelschiene 34 derart adressiert, daß

das Ausgangssignal des Detektors 172 jedes Frequenzbandes des Blockes 28 in dem Analog-/Digital-Konverterblock 36 mit dem Ausgangssignal des Detektors 172 des entsprechenden Frequenzbandes des Filters 170 des Filterblockes 4-2 verglichen wird. Entsprechend kann beispielsweise der Effektivwertpegel der Signalenergie, die in dem Bandpaßbereich mit dem Oktav-Mittelpunkt bei 30 Hz geliefert wird und dem Eingang des Filterblockes 28 zugeführt wird, in dem Analog-/Digital-Konverterblock 36 bezüglich des Effektivwertpegels der Signalenergie gemessen werden, die in dem gleichen Bandpaßbereich geliefert und dem Eingang des Filterblockes 42 zugeführt wird, indem die jeweiligen Bandpaßabschnitte durch die entsprechenden Multiplexer der Filterblöcke 28 und 42 an den Block 36 übertragen, werden. Unter der Annahme, daß eine Differenz zwischen den Signalenergien der beiden zugeführten Signale besteht, liefert der Block 36 ein Ausgangssignal (das die Größe der Differenz sowie das größere Eingangssignal anzeigt) über die Sammelschiene 50 an das System 26, das seinerseits das digitale Wort an den digitalen Eingang 152 des Konverters 146 des entsprechenden Filters der Einheit 20 liefert. Dieses digitale Wort liefert die richtige Bewertungsfunktion für den Bandpaßbereich für dieses Filter, wodurch andererseits die Signalenergie in dem Bandpaßbereich bewertet wird, die über dieses spezielle Filter übertragen wird. Wenn keine Differenz zwischen den Signalenergien der beiden Signale besteht, so liefert das System 26 eine Bewertungsfunktion von Eins. Entsprechend wird bei dieser Darstellung der Bandpaßbereich mit einem Oktav-Mittelpunkt von 30 Hz in der Einheit 20 in Abhängigkeit von der Art der Differenz, die von dem Block 36 festgestellt wird, verstärkt oder abgeschwächt.

Hierdurch wird andererseits das Ausgangssignal an das Verstärker- und Lautsprechersystem modifiziert, wodurch der Gesamt-Frequenzgang modifiziert wird. Das Ausgleichsund Entzerrersystem setzt dann seine Betriebsweise mit jedem Frequenzband fort, bis der Block 36 für keines dieser Frequenzbänder irgendwelche Unterschiede feststellt. Das Ausgleichs- und Entzerrersystem modifiziert daher den Frequenzgang für jeden Bereich, um die naturgegebenen nicht-linearen Frequenzgangscharakteristiken der Teile des Tonfrequenz-Signalverarbeitungssystems unter Einschluß des Verstärker- und Lautsprechersystems sowie der Hörumgebung zu berücksichtigen.

Es ist zu erkennen, daß die gleichen Funktionen durchgeführt werden, wenn der Betriebsartenschalter 12 so betätigt wird, daß das Tonfrequenzeingangssignal von dem Vorverstärker eines Tonfrequenz-Wiedergabesystems weitergeleitet wird. Obwohl die Signal energie wahrscheinlich nicht in jedem Frequenzband gleich ist, ist zu erkennen, daß der Vergleich für jedes Frequenzband unabhängig von der Signalenergie in den anderen Bändern durchgeführt wird. Entsprechend können die Einstellungen des Bandpaßbereiches für jedes Filter innerhalb der Einheit 20 erfolgreich auch mit dem Tonfrequenz-Eingangssignal durchgeführt werden.

Obwohl das System vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß bestimmte Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Filterschaltungen anstelle der Kombination des Multiplexsystems nach Fig. 6

und der Filterblöcke 28 und 42 eingesetzt werden. Die in Pig. 7 gezeigte Ausführungsform des Filters ist ein Bandpaßfilter, bei dem der Bandpaßbereich durch ein digitales Eingangssignal ausgewählt wird. Das dargestellte Filter ist ebenfalls ein in seinem Zustand veränderliches Filter mit einem Summierverstärker 202, einem integrierenden Verstärker 224 und einem integrierenden Verstärker 230. Der Bandpaßbereich des Ausgangssignals des integrierenden Verstärkers 224 wird selektiv durch das digitale Eingangssignal von der Sammelschiene 34 gesteuert, um selektiv die Signalenergie des Eingangssignals innerhalb jedes interessierenden Frequenzbandes zu liefern.

Wie dies aus Fig. 7 zu erkennen ist, ist der Eingangsanschluß 30 oder 44 des entsprechenden Blockes 28 bzw. 42 über einen Widerstand 200 mit dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 202 verbunden, dessen positiver Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 202 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 204 mit seinem invertierenden Eingang und über einen Widerstand 206 mit dem Eingang einer Signalmultiplizierschaltung in Form eines spannungsgesteuerten Verstärkers 207 verbunden. Spannungsgesteuerte Verstärker sind in der Technik gut bekannt. Die dargestellte spannungsgesteuerte Verstärkerschaltung ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 714- 462 beschrieben. Eine spannungsgesteuerte Verstärkerschaltung ist eine Signalmultiplizierschaltung, bei der das Eingangssignal mit einer Signalverstärkung multipliziert wird, die eine Funktion eines Steuersignaleinganges ist. Wie dies gut bekannt ist, ist der Eingangsanschluß zum Empfang des Eingangssignals durch den Verbindungspunkt der

Kollektoren von zwei Logarithmus-Konvertertransistoren 208 und 210, jeweils einer für jede Polarität des Eingangssignals, gebildet. Die Basis des Transistors 208 ist geerdet, während die Basis des Transistors 210 zum Empfang des Steuersignaleinganges angeschaltet ist. Der Emitter des Transistors 208 ist mit dem Emitter eines Antilogarithmus-Konvertertransistors 212 und mit einem Vorspannwiderstand 216 verbunden, der seinerseits in geeigneter Weise durch eine positive Vorspannungs-Gleichspannung vorgespannt ist. Die Basis des Transistors 212 ist zum Empfang des Steuersignaleinganges eingeschaltet. Der Emitter des Logarithmus-Konvertertransistors 210 ist mit dem Emitter eines Transistors 214 verbunden, dessen Basisanschluß geerdet ist. Der Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers ist weiterhin mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 218 verbunden, dessen positiver Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 218 ist über einen Gegenkopplungskondensator 220 mit seinem invertierenden Eingang und über einen Widerstand 222 mit dem Verbindungspunkt der Emitter des Logarithmus-Konvertertransistors 210 und des Antilogarithmus-Konvertertransistors 214 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 207 ist mit dem invertierenden Eingang des integrierenden oder zweiten Operationsverstärkers 224 verbunden, dessen positiver Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist über einen Gegenkopplungskondensator 225 wit seinem invertierenden Eingang verbunden.

Der Ausgang des integrierenden Verstärkers 224 ist weiterhin über einen Widerstand 226 mit dem Eingangsanschluß eines zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers 227

verbunden, der identisch zum spannungsgesteuerten Verstärker 207 ist, jedoch mit der Ausnahme, daß die Basis des Transistors 212A über einen Widerstand 228 mit der Basis des Transistors 21OA verbunden ist. Der Ausgang des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers 227 ist mit dem invertierenden Eingang des integrierenden oder dritten Operationsverstärkers 230 verbunden.

Der positive Eingang des Verstärkers 230 ist mit Systemerde verbunden, während sein Ausgang über den Gegenkopplungskondensator 232 mit seinem invertierenden Eingang verbunden iat. Der Ausgang des dritten Operationsverstärkers 230 ist über einen Widerstand 234- mit dem invertierenden Eingang des Summierverstärkers 202 verbunden und in ähnlicher Weise ist der Ausgang des integrierenden Verstärkers 224 über einen Widerstand 236 mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 202 verbunden. Wie dies im folgenden noch deutlicher wird, ändert das den Basisanschlüssen der Transistoren 210 und 212 des spannungsgesteuerten Verstärkers 207 und den Basis anschlÜBsen der Transistoren 210A und 212A der spannungsgesteuerten Verstärkers 227 zugeführte Steuersignal die Signalverstärkung der jeweiligen spannungsgesteuerten Verstärker, wodurch die Eingangsimpedanz und die Integrationskonstante der integrierenden Verstärker 224 und 230 geändert wird. Auf diese Weise wird andererseits der Bandpaßbereich des Ausgangssignals des integrierenden Verstärkers 224 geändert.

Die unterschiedlichen Werte des Verstärkungssteuersignals, das dem ersten und zweiten spannungsgesteuerten Verstärker zugeführt wird, um die Anzahl der Durchlaßbereiche zu

0002

erzielen, werden digital durch das digitale Eingangssignal geliefert, das allgemein über die Sammelschiene 34 geliefert wird.

Wenn im einzelnen die Einheit 20 zehn diskrete Durchiaß-"bereiche verwendet, so reicht ein binärer Vier-Bit-Eingang aus, um die zehn Bandpaßfilter zu bilden. Das digitale Eingangssignal von der Sammelschiene 34 wird dem Eingang eines Vier-Bit-Zwischenspeichers 238 zugeführt. Die vier analogen Ausgangssignalpegel des Zwischenspeichers 238 ändern sich in Abhängigkeit von dem digitalen Eingang, der über die Sammelschiene 34 geliefert wird, wobei unterschiedliche Ausgangswerte, die den Durchlaßbereichen der Einheit 20 entsprechen, geliefert werden. Die vier Analogausgange des Zwischenspeichers 238 sind jeweils über die vier Widerstände 240, 242, 244 und 246 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 248 verbunden. Der positive Eingang dieses Operationsverstärkers ist mit Systemerde verbunden, während der Ausgang dieses Verstärkers über einen Gegenkopplungswiderstand 250 mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 248 ist weiterhin mit der Basis des Transistors 212 des spannungsgesteuerten Verstärkers 207 und mit dem Transistor 212A des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers 227 verbunden. Die Basis des Transistors 212A ist über einen Widerstand 208 mit der Basis des Transistors 210A verbunden. Die Basis des Transistors 210A ist über einen Widerstand 229 mit Systemerde sowie direkt mit der Basis des Transistors 210 verbunden.

Im Betrieb wird der Digitaleingang dem Zwischenspeicher

238 zugeführt. Ein Freigabesignal wird über die Sammelschiene 34 geliefert und ruft ein Analogausgangssignal des Zwischenspeichers als Funktion des Digitaleingangs hervor, der seinerseits eine Funktion des interessierenden Bandpaßbereiches ist. Dieses Analogsignal am Ausgang des Zwischenspeichers 238 bildet das an die ersten und zweiten spannungsgesteuerten Verstärker 207 und 227 angelegte Steuersignal. Durch Änderung des Steuersignalpegels an die spannungsgesteuerten Verstärker wird die Eingangsimpedanz der integrierenden Verstärker 224 und 230 geändert, um auf diese Weise den Bandpaßfrequenzausgang des Verstärkers 224 zu ändern. Das Ausgangssignal des Verstärkers 224 wird einem Pegeldetektor 260 zugeführt, der identisch zu dem Pegeldetektor 172 nach Fig. 6 ist und der seinerseits ein Ausgangssignal an den Eingang des Vergleichers des Blockes 36 liefert. Entsprechend kann durch Lieferung von zehn Digitalworten an den Digitaleingang des Zwischenspeichers und durch Freigeben des Zwischenspeichers die entsprechende Signalenergie in den zehn ausgewählten Durchlaßbereichen des Eingangssignals am Eingangsanschluß 30 bzw. 44 der Filterblöcke 28 oder 42 geliefert werden. Durch selektives Liefern des gleichen Digitaleinganges an jeden Block 28 und 42 kann die Signalenergie innerhalb des ausgewählten Frequenzbandes von den Filtern an die beiden Eingänge des Analog-/Digital-Konverterblockes 36 geliefert werden.

Es ist zu erkennen, daß eine Anordnung des Mikrophons an einer Position in der Hörumgebung dazu führt, daß die Korrektur des nicht-linearen Ansprechverhaltens oder Frequenzganges des Lautsprechersystems und der Hörumgebung an dieser einen Position bewirkt wird. Das nicht-lineare

310002-S-""=

NACHQEREIOHT

Anspreohverhelten dor HSrumgebung ändert siob jedooh fast itaaer von Position au Position innerhalb dieser Homage* bung» Entsprechend ergibt dee Sjate« 26 ait I : ^ ^ _

'''I-, _ __ «ine Röglicbkeit «tap Hittel* wertbildung der Xorrektursignale für verschiedene unter-» sobiedlicbe Positionen* Ja einzelnen kann ds« System 26 durch eine Tastatur 5* in die Mittelwertbilchmgs-B·- t rieb a art gebracht werden« oder es kann in einer altern«· tlven Weise ein Betriebe artensehaltex oder dergleichen vorgesehen werden* Dee Mikrophon. JS kann an einer ersten Position, angeordnet werden, an der das Korrektursignal für J β da β 7r«Q_Juenzband für dies« Position abgeleitet und in de» Syatea 26 gespeichert wird* Bas Hikrophon 38 wird dann in eine «weit« Position gebracht _t worauf das lorrektursignal für jedes yreo,uensband für die zweite Position abgeleitet und dann la des System 26 gespeichert wird» Das Mikrophon kann dann in dritte und folgende Positionen, gebracht werden» wobei die inaahl der Positionen ledig* lieh von den Wünschen der da« Ausgleichs'* und Entserrereyste« verwendenden Person sowie von den Speicher*» und Beohenkapaaitüten des Syatees 26 abhÄngt· Die lorrektureignel· f&v Jede frequens, die an den rersohiedenen Positionen abgeleitet und in de· ßyetem 26 gespeichert nur* den* können dann rechnerisch eraittelt werden«. Dae berechnete mittlere Korrekturelgnal für ^edea Frequennband kann dann über die Sammelschiene 2^ der Einheit 20 sugeführt werdenj so daß entsprechend« Kodifikationen de« Über dl· Einheit 20 weitergeleiteten Signal« erfolgen*

Ea let verständlich, daß dl« gleiche Mittelwertbildung»· funktion ait einer Vlelsahl von Mikrophonen erreicht werden kann, dl« an günstigen Punkten über die ESrungebung

verteilt sind.. Dies kann mehr wünschenswert sein, wenn das Ausgleichs- und Entzerrersystem beispielsweise in einer großen Konzerthalle verwendet wird, in der der Frequenzgang sich an den verschiedenen Positionen ändern kann. In einem derartigen Pail würde der Ausgang jedes Mikrophons mit einem getrennten Vorverstärker ähnlich dem Vorverstärker 40 verbunden, der seinerseits mit einem getrennten Filterblock ähnlich dem Block 42 verbunden wäre. Das Ausgangssignal jedes Filterblockes würde dann mit dem Ausgangssignal des Blockes 28 in der beschriebenen Weise verglichen werden, worauf die auf diese Weise abgeleiteten Signale in dem System 26 gespeichert und zur Mittelwertbildung verwendet würden. Alternativ kann ein Signalmultiplexer, ähnlich zum Block 174, zur Zeitmultiplex-Verbindung der verschiedenen Mikrophone mit einem einzigen Vorverstärker und Filterblock verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Ausgleichs- und Entzerrersystem ist ein automatisches, in geschlossener Schleife betriebenes System zur Erzielung einer verbesserten Entzerrung, bei der kein Eingriff einer Bedienungsperson erforderlich ist. Weiterhin weist das Ausgangssignal des Ausgleichsund Entzerrersystems eine verringerte Welligkeit im Ausgangssignal bei gleichzeitig verringerter Wechselwirkung zwischen den benachbarten Frequenzbändern aufgrund der kombinierten Parallel-Serienanordnung der Filter der Einheit 20 auf, wie sie anhand der Fig. 2 beschrieben wurde. Das verbesserte Ausgleichs- und Entzerrersystem ermöglicht eine Entzerrung durch einen Vergleich des ursprünglichen Klanges mit dem reproduzierten Klang als Funktion der natürlichen nicht-linearen Frequenzgangschar akteristiken des Lautsprechersystems und der

Hörumgebung. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil dar, weil irgendein Fehler in dem ursprünglichen Signal am Ausgang des Laut Sprechersystems geliefert, von dem Mikrophon 38 festgestellt und darauffolgend beseitigt würde, wenn es in dem Block 36 verglichen wird. Die Entzerrung kann sowohl mit Hilfe eines "rosa" Rauschsignals als auch mit Hilfe eines Programm-Tonfrequenzsignals erzielt werden.

Claims

; Patentanwälte Dipl -\ η g. C U rt VVaI I ach

Dipl.-ing. Günther Koch Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 wakai d

Datum·. 2. ^Tanuar I98I

Unser Zeichen: 17 068 F/Nu

Patent ansprüche

■ 1, Digital gesteuertes Ausgleichs- und Entzerrersystem ~y für eine ein Lautsprechersystem aufweisende Tonfrequenz-Signalverarbeitungseinrichtung zur Modifikation eines elektrischen Eingangssignals an das Lautsprechersystem derart, daß ein modifiziertes Signal geliefert wird, das gegenüber dem konstruktionsbedingten ungleichförmigen Frequenzgang des Lautsprechersystems und den akustischen Effekten der Hörumgebung, in der das Lautsprechersystem angeordnet ist, korrigiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichs- und Entzerrersystem Einrichtungen aufweist, die einen Signalübertragungspfad bilden, der mit dem Lautsprechersystem koppelbar ist, um elektrische Signale zur Ansteuerung des Lautspreche rsyst ems zu übertragen, daß Detektoreinrichtungen (38) zur Feststellung des Schallausgangs des Lautsprechersystems in der Hörumgebung und zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals vorgesehen sind, das den Schallausgang des Lautsprechersystems darstellt und eine Punktion des ungleichförmigen Frequenzganges und der akustischen Effekte der Hörumgebung ist, daß erste Einrichtungen (42) zur Bestimmung des Signalenergieinhaltes ;)edes eine Anzahl von

31 σθθ'25

Frequenzbändern mit einem vorgegebenen Frequenzbereich des zweiten elektrischen Signals und zweite Einrichtungen (28) zur Bestimmung des Signalenergieinhaltes jedes einer gleichen Anzahl von gleichen Frequenzbändern mit einem gleichen Frequenzbereich des elektrischen Eingangssignals vorgesehen sind, daß Einrichtungen (36) zum Vergleich des Signalenergieinhaltes jedes der Frequenzbänder des zweiten elektrischen Signals mit dem Signalenergieinhalt jedes entsprechenden Frequenzbandes des elektrischen Eingangssignals derart vorgesehen sind, daß eine gleiche Anzahl von Korrektursignalen erzeugt wird, und daß Modifikationseinrichtungen (20) mit dem Signalübertragungspfad gekoppelt sind und auf die Korrektursignale ansprechen, um das elektrische Eingangssignal innerhalb jedes der entsprechenden Frequenzbänder dieses Signals derart zu modifizieren, daß das modifizierte Signal als Version des elektrischen Eingangssignals erzeugt wird, bei dem der ungleichförmige Frequenzgang und die akustischen Effekte der Hörumgebung korrigiert sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikationseinrichtungen (20) eine gleiche Anzahl von Filtern (80 bis 98) einschließen, daß die Filter Durchlaßbereiche aufweisen, die den Frequenzbändern entsprechen, und daß jedes Filter eine Bandpaßübertragungscharakteristik aufweist, die sich als Funktion des entsprechenden Korrektursignals ändert.

31C0C25
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filter (80 bis 98) Einrichtungen (146) zur Änderung der Signalverstärkung in dem Durchlaßbereich des Filters in Abhängigkeit von dem Korrektursignal und als Funktion hiervon einschließt·
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Filter eine Verstärkung von Eins für Signalenergie außerhalb seines Durchlaßbereiches ergibt.
5- System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Filter in Form von zwei parallelen Anordnungen zusammengeschaltet ist, die in Serie miteinander derart geschaltet sind, daß irgendwelche zwei Filter mit benachbarten Durchlaßbereichen in Serie zueinander angeordnet sind und daß irgendwelche zwei Filter in jeder der parallelen Anordnungen Ausgänge liefern, die im wesentlichen keine Wechselwirkung miteinander aufweisen.
6. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Korrektursignale ein digitales Signal ist, und daß die Einrichtungen zur Änderung der Signalverstärkung in dem Durchlaßbereich einen multiplizierenden Digital-/Analog-Konverter (146) mit einem digitalen Eingang (152) zum Empfang des Korrektursignals und mit einem Analogeingang (150) zum Empfang der Signalenergie

-^:31D0G^:25

innerhalb des Durchlaßbereichs des Filters sowie einen Ausgang (148) für ein erstes Ausgangssignal als Funktion des Produktes der Signalenergie an dem Analogeingang (150) und des Digitalwertes des Korrektursignals an dem digitalen Eingang (152) umfassen.
7· System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Filter Einrichtungen zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals, das den Teil des elektrischen Eingangssignals oberhalb des Durchlaßbereichee in einer Verstärkung von Eins darstellt, Einrichtungen zur Lieferung eines dritten Ausgangssignals, das die Tiefpaßteile des elektrischen Eingangssignals mit einer Verstärkung von Eins darstellt, und Einrichtungen zur Summierung der ersten, zweiten und dritten Signale einschließt.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen durch ein Mikrophon (38) gebildet sind.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen weiterhin Verstärkungssteuereinrichtungen (40) einschließen, die mit dem Ausgang des Mikrophons (38) gekoppelt sind und die Signalverstärkung des Ausgangssignals des Mikrophons (38) steuern.
10. System nach Anspruch 9, dadurch

"1G0G2

gekennzeichnet , daß die Verstärkungssteuereinriehtungen einen multiplizierenden Digital-/ Analog-Konverter mit einem Digitaleingang zum Empfang von digitalen Verstärkungssteuersignalen, einem Analogeingang zum Empfang des Ausgangssignals des Mikrophons (38) und einem Ausgang zur Lieferung eines elektrischen Signals als Funktion des Produktes der Signalenergie am Analogeingang und des digitalen Verstärkungssteuersignals umfassen.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , ■ daß die Detektoreinrichtung den Schallausgang des Lautsprechersystems an jeder einer Vielzahl von Positionen innerhalb der Hörumgebung feststellen kann, daß die Einrichtungen zum Vergleich des Signalenergieinhaltes Einrichtungen zur Erzeugung einer gleichen Vielzahl von Korrektursignalen entsprechend der Vielzahl der Positionen und für jedes Frequenzband sowie Einrichtungen zur Mittelwertbildung der Vielzahl der Korrektursignale für jedes Frequenzband und zur Lieferung eines mittleren Korrektursignals für das Frequenzband einschließen und daß die Modifikationseinrichtungen auf jedes der gemittelten Korrektursignale ansprechen.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen (42) erste Filtereinrichtungen (170) zur Lieferung eines ersten Ausgangssignals umfassen, das die Signalenergie des zweiten

elektrischen Signals in jedem der Frequenzbänder darstellt, daß die zweiten Einrichtungen (28) zweite .Filtereinrichtungen (170) zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals umfassen, das die Signalenergie des . elektrischen Eingangssignals in jedem der Frequenzbänder darstellt, und daß die Vergleichereinrichtungen (36) Einrichtungen zum Vergleich der ersten und zweiten Ausgangssignale und zur Erzeugung der Korrektursignale in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfassen.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Filtereinrichtungen jeweils Bandpaßfiltereinrichtungen (170) zur Lieferung eines gefilterten Ausgangssignals, das die Signalenergie innerhalb jedes Frequenzbandes des jeweiligen zweiten bzw. elektrischen Eingangssignals darstellt, und Pegeldetektoreinrichtungen (172) einschließen, die die jeweiligen ersten und zweiten Ausgangssignale als eine Funktion der Amplituden der entsprechenden gefilterten Ausgangssignale für jedes der Frequenzbänder liefern.
14. System nach Anspruch 13j dadurch gekennzeichnet , daß die Pegeldetektoreinrichtungen (172) einen Detektor zur Demodulation des gefilterten Ausgangssignals auf einer Effektivwert-Basis umfassen.
15. System nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter-

einrichtungen jedes der ersten -und zweiten Filtereinrichtungen eine Anzahl von Bandpaßfiltern (170) entsprechend der Anzahl der Frequenzbänder, eine Anzahl von Pegeldetektoreinrichtungen (172) zur Lieferung der entsprechenden ersten bzw. zweiten Ausgangssignale für jedes Frequenzband und Multiplexereinrichtungen (17A-) zur selektiven Lieferung des entsprechenden einen der ersten und zweiten Ausgangssignale für ein ausgewähltes Frequenzband umfassen.
16. System nach Anspruch 15»dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexereinrichtung (174) digital gesteuert ist.
17· System nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet , daß die Bandpaßfiltereinrichtungen ein Bandpaßfilter aufweisen, dessen Bandpaßbereich selektiv durch ein ausgewähltes einer Anzahl von Steuersignalen steuerbar ist, die der Anzahl der Frequenzbänder entspricht, und daß Einrichtungen (238 bis 250) zur Erzeugung jedes der Steuersignale vorgesehen sind.
18. System nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet , daß das Bandpaßfilter ein Ausgangssignal· für jeden der Anzahl von Bandpaßbereichen in Abhängigkeit von jedem der Steuersignale liefert.
19. System nach Anspruch 18, dadurch

gekennzeichnet , daß das Bandpaßfilter zwei integrierende Verstärker (224, 230) und Einrichtungen (207» 227) zur Modifikation der Integrationszeitkonstanten der Verstärker in Abhängigkeit von
einem der Steuersignale derart aufweist, daß ein ausgewählter der Bandpaßbereiche erzielt wird.
20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Modifikation der Integrationszeitkonstanten einen
spannungsgesteuerten Verstärker (207, 227) einschließen, der mit dem Eingang jedes der integrierenden
Verstärker (224, 2JO) gekoppelt ist und auf jedes der Steuersignale anspricht.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Erzeugung jedes der Steuersignale auf ein Digitalsignal ansprechende Einrichtungen (238 bis 250) zur Lieferung eines Spannungssteuersignals als Funktion des
Digitalsignals an jeden der spannungsgesteuerten Verstärker (207, 227) einschließen.
22. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch Einrichtungen (14, 16) zur Erzeugung des elektrischen Eingangssignals in Form von rosa Sauschen.
23· System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß

jedes Frequenzband eine Mittelfrequenz auf der Mitte einer Oktave aufweist.
24-. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Frequenzbänder eine Mittenfrequenz aufweist, die die Mittenfrequenz eines Drittels einer jeweiligen Oktave ist.
25· System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Eingangssignal ein Tonfrequenz-Programmsignal ist.
26. Ausgleichs- und Entzerrersystem zur Korrektur des konstruktionsbedingten nicht-linearen Frequenzganges einer Tonfrequenz-SignalVerarbeitungseinrichtung und der Hörumgebung, in der diese Einrichtung angeordnet sein kann, wobei die Einrichtung ein Lautsprechersystem einschließt und wobei das Ausgleichs- und Entzerrersystem Einrichtungen, die mit dem Lautsprechersystem koppelbar sind und einen Signalübertragungspfad zur übertragung eines elektrischen Signals an das Lautsprechersystem bilden, und Filtereinrichtungen einschließt, die mit dem Übertragungspfad gekoppelt sind, um das elektrische Signal in jedem einer Anzahl von diskreten Frequenzbändern zu modifizieren, so daß der nicht-lineare Frequenzgang korrigiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtungen durch eine gleiche Anzahl von Filtern (80 bis 98) gebildet sind, die jeweils einen

in seiner Verstärkung einstellbaren Durchlaßbereich entsprechend einem Jeweiligen der Frequenzbänder aufweisen, und daß die Filtereinrichtungen in zwei parallelen Anordnungen angeordnet sind, die zueinander in Serie geschaltet sind, wobei irgendwelche zwei Filter mit benachbarten Durchlaßbereichen in Serie zueinander angeordnet sind, während irgendwelche zwei Filter in jeder der parallelen Anordnungen Ausgänge liefern, die im wesentlichen keine Wechselwirkung miteinander aufweisen.