DE3130353C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens insbesondere eines Lautsprechers. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf eine >s Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Auf dem Markt erhältliche elektrodynamische Lautsprecher besitzen in dem für sie vorgesehenen Frequenzbereich zumeist einen ausgeglichenen Frequenzgang und bei gleichmäßiger Ansteuerung nur geringe Verzerrungen. Treten jedoch ganz plötzliche, impulsartige Amplitudenänderungen des anregenden elektrischen Audiosignals auf, dann vermag die Lautsprechermembran in ihrer Bewegung diesen plötzlichen Amplitudenänderungen nicht sogleich zu folgen; vielmehr treten nachteilige verfälschende Einschwingvorgänge auf, die sich bei einer Amplitudenerhöhung in einer allmählichen Angleichung der Membranschwingung an den erhöhten Amplitudenwert und bei einer Amplitudenverringerung in einem Nachschwingen äußern. Diese verfälschenden Einschwingvorgänge werden als Klangverfärbung hörbar. Die Ursache dafür liegt in der Trägheit der Lautsprechermembran, mehr noch in dem Umstand, daß das auf die Membran einwirkende Luftpolster erst zum Schwingen angeregt werden muß bzw. nachschwingt Diese verfälschenden Einschwingvorgänge treten deshalb auch bei elektrostatischen oder magnetostatischen Lautsprechern insbesondere im Baßbereich auf. Eine *o weitere EinHußgröße ist bei dynamischen Lautsprechern die Membranrückstellkraft, die vorallem dann zu berücksichtigen ist, wenn das Audiosignal ein Frequenzgemisch enthält, das für die Dauer einiger höherfrequenter Schwingungen den Durchgang der Laut- *s sprechermembran durch ihre Ruhelage verhindert (Ein Beispiel hierzu wird später anhand der Fig.3 ausführlich behandelt)

Es wurde schon versucht, die so entstehenden Fehler bei der Umsetzung von einer elektrischen in eine so akustische Schwingung durch eine Rückkopplung zu kompensieren. Hierzu wird die Bewegung der Membran kapazitiv, induktiv oder optisch abgetastet und werden die so erzeugten elektrischen Istwertsignale mit den Sollwertsignalen verglichen. Abweichungen bewirken einen Spannungsstoß, der dem Sollwert überlagert wird. Das kann bei hohen Amplituden zu kurzfristigen Übersteuerungen des Endverstärkers und damit zu großen Klirrfaktoren führen. Ferner treten durch die hohen Stromspitzen in der Erregerwicklung des Lautsprechers in verstärktem Maße Partialschwingungen der naturgemäß nicht völlig steifen Membran auf, die wiederum ein erhöhtes Klirren zur Folge haben.

Im übrigen können derartige Nachregelungen der Membranauslenkung erst mit einiger Verzögerung nach Auftreten des Fehlers wirksam werden, so daß bei plötzlichen Amplitudenänderungen, die beispielsweise in der modernen Unter'naltungs- und Tanzmusik häufig auftreten, durch den hohen Klirrfaktor der nutzbare Dynarnikbereich eingeschränkt wird, wobei aber trotzdem ein Nachschwingen der Membran nicht verhindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung des EinschwingverhaHens eines Lautsprechers anzugeben, mit dem Ziel, insbesondere bei plötzlichen Pegeländerungen des Eingangssignals eine sofortige Angleichung der Membranschwingung an die neue Amplitude sicherzustellen, ohne den Endverstärker dadurch stärker auszusteuern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.

Im folgenden wird die Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher beschrieben. Es z»igt darin

F i g. 1 Amplitudenänderungen eines zunächst sinusförmigen Andiosignals,

F i g. 2 Verläufe von korrigierten Ar. jiosignalen,

F i g. 3 Verlauf eines aus Grundweite und Oberwellen bestehenden Audiosignals und dessen Ableitungen erster bis dritter Ordnung,

Fig.4 eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens eines Lautsprechers,

F i g. 5 ein Ausführurigsbeispiel für einen Signalanalysator,

Fig.6 ein Ausführungsbeispiel für eine Korrektursteuereinrichtung und

F i g. 7 einen geänderten Schaltungsteil der Korrektursteuereinrichtung nach F i g. 6.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, durch eine ständige Analyse des Audiosignals Abweichungen von einem sinusförmigen Verlauf, insbesondere Amplitudenänderungen zu erkennen und dem Audiosignal nach Art einer Vorwärtsregelung Korrekturimpulse zu überlagern. Beim Vorzeichenwechsel aufeinanderfolgender Scheitelwerte wird eine Korrektur nur vorgenommen, wenn das Verhältnis aus diesen Scheitelwerten ein vorgegebenes Maß überschreitet Durch die Korrektur des Audiosignals wird eine zusätzliche Beschleunigung oder Abbremsung der Lautsprechermembran erzeugt Das ursprüngliche Audicsignal muß um die Zeitdauer verzögert werden, die für die Feststellung der Unterschiede der Scheitclwerte und für die phasenrichtige Einblendung der Korrekturimpulse erforderlich ist

In F i g. 1 sind einige zeitliche Abläufe von Audiosignalen dargestellt, die. zunächst einen rein sinusförmigen Verlauf mit der Amplitude 1 aufweisen und von dem zweiten (negativen) Scheitelpunkt 5 an mit Ausnahme des Signals C in Schwingungen mit anderen Amplituden überpihen. Dabei sind die neuen Amplituden der Signale A und B größer als die ursprüngliche Amplitude, die neuen Amplituden der Signale D und E sind kleiner. Amplitudenänderungen bis etwa zu einem Faktor 3 bzw. auf ungefähr ein Drittel des vorhergehenden Wertes können im allgemeinen noch ohne Korrekturmaßnahmen hingLiiommen werden. Beim Überschreiten der beiden Grenzwerte ist eine Korrektur erforderlich.

Die Amplitudenwerte sind in Fig.ί demgemäß in drei Bereiche I, II und III eingeteilt, wobei im Bereich I ein die Änderung der Momentanwerte unterstützender Korrekturimpuls überlagert wird, im Bereich II keine Korrektur erfolgt und im Bereich III ein der Änderung der Momentanwerte entgegenwirkender Korrekturim-

puls überlagert wird. Die Vorgabe anderer Grenzwerte für Amplitudenänderungen als die oben genannten kann in manchen Fällen günstiger sein.

Zur Erläuterung des Korrekturprinzips sind in F i g. 2 Abschnitte von korrigierten Audiosignalen dargestellt. In beiden Fällen liegt eine Amplitudenzunahme vor. Gemäß dem Kurvenverlauf A wurde dem Ursprungssignal beginnend am Wendepunkt WPc'm Korrekturimpuls überlagert, der mit einer steilen Flanke ansteigt und daran anschließend nach einer cos-Funktion abfällt. Der unter dem Audiosignal AS gezeichnete Korrekturimpuls Kl I ist zu Ende, wenn das ursprüngliche Audiosignal /45den oberen Scheitelpunkt 5erreicht hat. Die schraffierte Fläche bezeichnet den durch den Korrek'urimpuls Kl 1 erzeugten Zuwachs an Spannungs-Zeit-Fläche bzw. an Strom-Zeit-Fläche, die sich als zusätzliche Erregung der Lautsprechermembran äußert und damit ihre Auslenkung verstärkt.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der teilweise sehr steile Anstieg in dem schematisch dargestellten Kurvenverlauf A durch die nach oben begrenzte pjndbreitedes Endverstärkers abgeflacht wird.

Dem Kurvenverlauf B liegt ein Korrekturimpuls Kl2 zugrunde, der annähernd die Form eine, sin²-Kurve aufweist und sich vom ersten zum zweiten Scheitelpunkt .S des ursprünglichen Audiosignals -45 erstreckt. Ein Korrekturimpuls KI2 dieser Form hat gegenüber dem ersten Beispiel den Vorteil, daß weniger Oberwellen entstehen.

Grundsätzlich können auch Korrekturimpulse mit anderer Form, beispielsweise Dreieck- oder Rechteckimpulse verwendet werden.

Die F i g 3 zeigt in dem Zeitdiagramm a einen weiteren Abschnitt eines Audiosignals AS, der eine größere Zahl von Scheitelpunkten S und Wendepunkten WP umfaßt. Als Besonderheit de* dargestellten Ktirvenveriaufs ist hervorzuheben, daß die Scheitelwerte ihr Vor/eichen nicht wechseln. Darüber hinaus bezeichne:-, die Markierungen 5* Punkte, die keine echten Scheitelpunkte sind. -»ο

Zwischen den einzelnen Scheitelpunkten 5 und 5* ist in Fig. 3 angegeben, ob die Lautsprechermembran eine zusätzliche Beschleunigung B' oder Bremsung B~ erfahren muß. Die Zeitdiagramme b, cund dzeigen den grundsätzlichen Verlauf der Ableitungen erster bis *"> dritter Ordnung des Kurvenverlaufs in Diagramm a. Es ;■ ersichtlich, daß die Scheitelpunkte der zweiten Vbleitung (Diagramm c) alle Scheitelpunkte der ;irsprünglichen Kurve einschließlich der unechten Scheitelpunkte 5* markieren. Die Scheitelpunkte der ersten Ableitung entsprechen den Wendepunkten WP im Aidiosignal AS. Mit der Bestimmung der zeitlichen Lage der Scheitelpunkte in den beiden Ableitungen des Audiosignals sind im Prinzip alle für die Korrektur des Audiosignals wichtigen Punkte erfaßt Wesentlich einfacher als die Feststellung von Scheitelpunkten in den abgeleiteten Funktionen ist die Erfassung von Nulldurchgängen, die mit vertauschter Zuordnung wieder die Scheitelpunkte 5 und Wendepunkte WP der Ursprungsfunktion bezeichnen. Naturgemäß fallen jedoch, wie auch der Vergleich der Zeitdiagramme a und b in F i g. 3 zeigt, bei den unechten Scheitelpunkten 5* keine Nulldurchgänge der ersten Ableitung an.

Da die Scheitelwerte des Audiosignals AS nach Betrag und Vorzeichen nur durch Abtastung im richtigen Zeitpunkt, nämlich beim Durchgang durch die Scheitelpunkte S gemessen werden können, werden in diesem Fall die unechten Scheitelpunkte 5* des Audiosignals AS nicht berücksichtigt. Dies gelingt jedoch mit Hilfe der dritten Ableitung gemäß Diagramm d, die sowohl für die echten als auch für die unechten Scheitelpunkte 5 und 5* Nullstellen aufweist. Die Fig.4 zeigt die wesentlichen Elemente einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der Korrekturmaßnahmen. Die Schaltungsanordnung empfängt über den Eingang E ein Audiosignal AS von einer nicht dargestellten Signalquelle, z. B. von einem Vorverstärker. Das durch ein Verzögerungsglied DEL verzögerte Audiosignal ASV wird einem Endverstärker EV zur Speisung eines Lautsprechers zugeführt.

Die Verzögerui.gszeit für das Audiosignal AS richtet sich nach der Dauer des Korrekturimpulses K/und nach der tiefsten, in dem jeweils vorliegenden Fall in Betracht zu ziehenden Frequenz des Audiosignals AS. Da eine Information über die Art Jer Korrekturmaßnahme immer erst in einem Zeitpunkt verfügbar ist, in dem das unverzögerte Audiosignal 45 den zweiten Scheitelpunkt des gerade betrachteten Paares von Scheitelpunkten 5durchläuft und damit der Korrekturimpuls Kl erst in diesem Zeitpunkt beginnen kann, muß die Verzögerungszeit eben so lang sein wie die Dauer des Korrekturimpulses Kl. Das ist für einen Korrekturimpuls Kl1 nach Fig. 2A ein Viertel und für einen Korrekturimpuls KI2 nach Fig.2B die Hälfte der längsten Periodendauer.

Geh· man beispielsweise von einem Frequenzband von 20 Hz bis 80 Hz aus, das häufig für den Betrieb von Tieftonlautsprechern verwendet wird, dann ergeben sich Verzögerungszeiten von 12,5 ms bzw. 25 ms. Zur Signalverzögerung können passive oder aktive Laufzeitglieder eingesetzt werden. Im folgenden werden handelsübliche Schieberegister, wie Eimerkettenschaltungen mit 512 oder zweimal 512 Schaltstufen zugrundegelegt, die entsprechend der gewünschten Verzögerungszeit mit einem Schiebetakt ZT mit einer Impulsfrequenz von knapp 41 kHz betrieben werden.

Das unverzögerte Audiosignal AS gelangt ferner zu einem Signalanalysator SAN. Der Signalanalysator SAN, auf dessen Einzelheiten noch näher eingegangen wird, erzeugt bei jedem Wendepunkt WP\m Verlauf des Audiosignals -45 einen Wendepunktimpuls WPl. Darüber hinaus liefert der Signalanalysator SAN noch weitere Impulse 5/*; oder Sh2, die beim Durchgang des Audiosignals AS durch Scheitelpunkte 5 und 5* entstehen und auch eine Information über die Beziehungen jeweils aufeinanderfolgender Scheitelwerte enthalten. Scheitelwertimpulse 5/* / der ersten Art (B⁺) werden abgegeben, wenn jeweils zwei aufeinanderfolgende Scheitelwerte folgende Bedingungen a) oder b) erfüllen:

a) Beide Scheitelwerte sind ipositiv oder negativ und der erste Scheitelwert ist kleiner als der zweite,

b) die Scheitelwerte haben verschiedene Vorzeichen und der erste Scheitelwert ist kleiner als der zweite und das Verhältnis des größeren Scheitelwerts zum kleineren Scheitelwert übersteigt einen vorgegebenen Wert (z. B. 3 :1).

Scheitelwertimpulse Sh2 der zweiten Art (B-) treten unter folgenden Bedingungen auf:

c) Beide Schertelwerte sind positiv oder negativ und der erste Scheitelwert ist größer als der zweite,

d) die Scheitelwerte haben verschiedene Vorzeichen und der erste Scheitelwert ist größer als der zweite

und das Verhältnis des größeren Scheitelwerts zum kleineren Scheitelweri übersteigt einen vorgegebenen Wert (z. B. 3 : 1).

Die das Ergebnis der Audiosignal-Analyse kennzeichnenden Impulse WPI, Sh ι und S/** werden einer Korrektursteuereinrichtung KST zugeführt, die die Aufgabe hat, die Korrekturimpulse KI zeitgerecht, d. h. vor dem. Erreichen der zu korrigierenden Scheitelwerte im verzögerten Audiosignal ASV, einzublenden.

Für die Erzeugung der Korrekturimpulse K/bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine hinsichtlich des dafür benötigten Schaltungsaufwands und der Form der Korrekturimpulse KI günstige Möglichkeit ist der Darstellung in Fig.4 zugrundegelegt. Hierbei wird durch einen Korrektursignalgenerator KSC das verzögerte Audiosignal ASV differenziert, so daß an dessen Ausgang ein Signalverlauf verfügbar ist, der in bezug auf die Amplitude und Phasenlage stets an das Audiosignal ASV angepaßt ist. Gegebenenfalls kann noch eine wählbare Verstärkung oder Abschwächung vorgesehen sein.

Durch eine Wählschaltung TS werden entsprechend dem Steuersignal aus der Korrektursteuereinrichtung KST aus dem vom Korrektursignalgenerator KSG gelieferten Signalverlauf Korrekturimpulse KI ausgeblendet und gemeinsam mit dem verzögerten Audiosignal AS Vdem Endverstärker EVzugeführt.

Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Signalanalysators nach F i g. 4. Durch eine erste und zweite Differenzierstufe DlFF \ und DIFF2 wird zunächst die erste und sodann die zweite Ableitung AS < " des Audiosignals AS gewonnen, die bei jedem Wendepunkt WP der Audiosignalkurve einen Nulldurchgang aufweist, wie schon anhand der F i g. 3 ausgeführt wurde. Ein angeschlossener Impulsgeber GWP, der beispielsweise einen Schmitt-Trigger mit geringer Hysterese enthält, wertet die Nulldurchgänge aus und gibt bei jedem Nulldurchgang, unabhängig von dessen Richtung, einen kurzen Impuls WP/mit der Dauer von etwa 1 μ5 ab.

Durch eine dritte Differenzierstufe DIFF3 wird schließlich noch die dritte Ableitung AS'" erzeugt, die im Gegensatz zur ersten Ableitung AS' auch bei den unechten Scheitelpunkten 5" der Audiosignalkurve (vgl. F i g. 3) durch Null geht. Ein weiterer Impulsgeber GS liefert kurze Scheitelpunktimpulse 5/ von etwa einer μ5-ϋ3υβΓ bei allen Nulldurchgängen der dritten Ableitung AS'".

Die restlichen Schaltungsteile des Signalanalysators nach F i g. 5 dienen zum Vergleich von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Scheitelwerten des Audiosignals AS und zur Bildung entsprechender Bewertungssignale BS⁺ bzw. BS- nach den bereits für die Scheitelwertim pulse Shi und SIt 2 genannten Kriterien. Zu diesem Zweck ist eine erste Gruppe von Speichern Su bis Sm vorgesehen, in die unter Steuerung durch einen Scheitelpunktimpuls S/ der gleichzeitig vorliegende erste Scheitelwert des unverzögerten Audiosignals AS übernommen wird. Im gleichen Zeitpunkt wird der erste Scheitelwert des mit Hilfe einer Gteichrichteranord- eo nung GL gleichgerichteten Audiosignals AS in zwei weitere erste Speicher S\s und Si« eingegeben.

Durch den nächstfolgenden Scheitelpunktimpuls S/ werden die Inhalte der ersten Speicher Si 1 bis Sie in zweite Speicher Sn bis S» weitergeschoben und in die ersten Speicher Sn bis S]₆ die neuer. Scheitelwerte eingegeben. Ein dritter Scheitelpunktimpuls S/ schiebt den ursprünglich ersten Scheitelwert aus der Speicheranordnung hinaus und setzt den ursprünglich zweiten Scheitelwert an dessen Stelle, Ein in die ersten Speicher Sn bis Sie gleichzeitig eingegebener neuer Scheitelwert des Audiosignals AS wird nun als zweiter Scheitelwert betrachtet.

Besonderheiten bei der Übergabe der Speicherinhalte ergeben sich für die beiden Paare von Speichern Su und S25 bzw. Sie und Sa. Im ersten Fall (S\s nach Sn) wird nämlich der Scheitelwert vor der Eingabe in den zweiten Speicher S25 auf beispielsweise ein Drittel seines Wertes reduziert, im zweiten Fall (S\s nach Sx) dementsprechend um den Faktor 3 verstärkt.

Die Inhalte der Paare aus je einem ersten und einem zweiten Speicher Sn, S21 bis Sie, S» werden mit Hilfe von Komparatoren KOMPI bis KOMP% miteinander verglichen. Die Komparatoren KOMPX bis KOMP6 können beispielsweise aus Differenzverstärkern mit anschließenden Schwellwertschaltern mit niedriger Ansprechschwelle bestehen. Zu beachten ist dabei, daß Differenzverstärker die Differenz der Absolutwerte der Scheitelwerte messen, während im vorliegenden Fall die Differenz ihrer Beträge interessiert. Wenn beide Scheitelwerte ein negatives Vorzeichen haben, muß also das Vergleichsergebnis invertiert werden.

Bestimmungsgemäß sollen die Vergieichsergebnisse der Komparatoren KOMPi und KOMP2 nur ausgewertet werden, wenn beide Scheitelwerte ein positives Vorzeichen haben. Die Auswertung der Vergleichsergebnisse der Komparatoren KOMP3 und KOMP4 setzt ein negatives Vorzeichen für beide Scheitelwerte voraus. Die Auswertung der Vergleichsergebnisse der Komparatoren KOMP5 und KOMP6 erfolgt schon wegen der vorhergehenden Amplitudengleichrichtung des Audiosignals AS vorzeichenunabhängig.

Indessen ist es z. B. für das Vergleichsergebnis des Komparators KOMPl ohne Bedeutung, ob auf einen ersten positiven Scheitelwert ein zweiter kleinerer aber gleichfalls positiver Scheitelwert oder ein beliebig großer negativer Scheitelwert folgt. Um trotzdem die gewünschten Aussagen zu erhalten, ist eine aus einem Schmitt-Trigger STR, zwei D-F1ipflops FFl und FF2 und zwei UND-Gliedern ANi und AN2 bestehende Zusatzschaltung vorgesehen. Der mit niedrigen Ansprechschwellen ausgestattete Schmitt-Trigger STR schaltet bei jedem Nulldurchgang des Audiosignals AS in die durch das augenblicklich gültige Vorzeichen bestimmte Lage. Mit dem nächstfolgenden Scheitelpunktimpuls S/ wird der jeweilige Schaltzustand des Schmitt-Triggers STR in das D-Flipfiop FFl übernommen. Der wiederum nächste Wendepunktimpuls WPI überführt die Vorzeicheninformation in das zweite D- Flipflop FFZ

Die einander entsprechenden Ausgänge des Schmitt-Triggers STR und des D-Flipflops FF2 sind mit den Eingängen der UND-Glieder ANi bzw. AN2 verbünden. Die Signalwerte an den Ausgängen der UND-Glieder AN 1 und AN2 geben für die Zeit vom Ende eines Scheitelpunktimpulses bis zum Ende des nachfolgenden Auskunft darüber_r ob die betreffenden Scheitelwerte gleiches Vorzeichen hatten und welches Vorzeichen sie hatten. Dabei bedeutet eine binäre »1« am Ausgang des UND-Gliedes ANi positives Vorzeichen für beide Scheitelwerte, eine binäre »1« am Ausgang des UND-Glieds AN2 negatives Vorzeichen für beide Scheitelwerte. Die Ausgangssignale der UND-Glieder ANt und AN2 werden durch weitere UND-Glieder AN3 bis AN 6 mit den Ausgangssignalen der Komparatoren KOMP1 bis KOMP4 verknüpft

Gemäß der Forderung, abhängig von den Ergebnissen der Scheitelwertvergleiche eine zusätzliche Beschleunigung B+ oder Bremsung B- der Lautsprechermembran zu erreichen, werden die nach dem vorhergehenden teilweise korrigierten Ausgangssignale der s Komparatoren KOMPX, KOMPi und KOMP5 einerseits und der Komparatoren KOMP 2, KOMPA und KOMP6 andererseits zu Signalen [BS⁺] bzw. {55-} zusammengefaßt Mit Hilfe der UND-Glieder AN 7 und ANS werden die Signale BS⁺ und BS- durch ι ο Scheitelpunktimpulse 5/ abgefragt und damit die Scheitelwertimpulse Sh /und S/*^gewonnen.

FQr das Weitere ist nochmals hervorzuheben, daß die Wendepunktimpulse WPI nur Zeitpunkte bezeichnen, die Scheitelwertimpulse Sh ι und Sh 2 hingegen neben einer Zeitinformation auch noch eine Information darüber enthalten, ob eine Korrektur überhaupt erfolgen soll und welcher Art die Korrektur (Beschleunigung oder Bremsung) sein soll.

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Schaltungsanordnung zur Durchführung der Korrektur des Audiosignals unter Verwendung des anhand der Fig.5 beschriebenen Signalanalysators SAN. Dem Ausführungsbeispiel sind Korrekturimpulse KIi nach Fig.2A zugrundegelegt, die nut einer steilen Flanke beginnen und nach einer cos-Funktion abfallen. Der Beginn der Korrekturimpulse KIi soll mit den Wendepunkten WP des verzögerten Audiosignals ASV zusammenfallen. Weiter wird vorausgesetzt, daß sich das vom Lautsprecher zu verarbeitende Frequenzband jo von 20 Hz bis 80 Hz erstreckt Die in diesem Fall erforderliche Verzögerung des Audiosignals /iSum eine Viertelperiode einer Schwingung mit der tiefsten Frequenz entspricht somit einer Laufzeit von 12,5 ms. Als Verzögerungsglied DEL ist ein taktgesteuertes Schieberegister wie eine Ladungsverschiebeschaltung (z. B. Eimerkettenschaltung) mit 512 Schaltstufen vorgesehen.

Mit dem Takt ZT aus einem nicht dargestellten Taktgenerator zum Weiterschalten des Verzögerungsglieds DEL wird auch ein 9stufiger binärer Vorwärtszähler CR mit einem Zählvolumen von 2^s = 512 Zählimpulsen betrieben. Der Binärzähler CR wird durch jeden Wendepunktimpuls WPI aus dem Signalanalysator SAN auf Null gesetzt und zählt anschließend vorwärts.

Die vom Signalanalysator SAN gelieferten Scheitelwertimpulse Shi und Sh2 werden zwei identisch aufgebauten Schaltungsgruppen zugeführt Die Schaltungsgruppen umfassen jeweils einen zweistufigen Adreßzähler AZi bzw. AZ2, einen Demultiplexer MUXX bzw. MUX2, vier 9stufige voreinstellbare Zähler ZEIl bis ZE 14 bzw. ZE21 bis ZE24, vier 9stufige Durchlaufzähler ZA11 bis ZA 14 bzw. ZA 21 bis ZA 24, von denen je einer einem voreinstellbaren Zähler zugeordnet ist, sowie jeweils vier UND-Glieder ANU bis AJV14 bzw. AN2t bis AN 2* und ein RS-Flipflop FFiI bzw. FF2X.

Die ScheitelwertimpuJse Sh 1 bilden die Zählimpulse für den Adreßzähler AZX, der die Adressen für den ro Demultiplexer MUXX liefert. Entsprechend dem jeweiligen Zählerstand wird eine am Eingang des Demultiplexers MUXX ständig anliegende binäre »1« auf einen der vier Ausgänge durchgeschaltet

An die Ausgänge der Zählstufen des Vorwärtszählers CR sind die Stufeneingänge der vier voreinstelläaren Zähler ZEIl bis ZE 14 angeschlossen. Durch eine von den Ausgangssignalen des Demultiplexers MUXX gesteuerte Verteileranordnung, bestehend aus den schon genannten UND-Gliedern ANXX bis AN 14, erhält in zyklischer Vertauschung immer einer der voreinstellbaren Zähler ZEXX bis ZE 14 einen Scheitelwertimpuls 5/* / zur Steuerung der parallelen Übernahme des augenblicklichen Zählerstandes aus dem Vorlaufzähler CR zugewiesen. Gleichzeitig wird einer der vier zugeordneten Durchlauf zähler ZA 11 bis ZA 14 auf Null gesetzt

Die Anzahl der voreinstellbaren Zähler ZEIl bis ZE 14 bzw. ZE21 bis ZE24 und der Durchlaufzähler ZA 11 bis ZA 14 bzw. ZA 21 bis ZA 24 richtet sich nach der maximalen Anzahl von Scheitelpunkten des Audiosignals M5während der Verzögerungszeit.

Erreicht einer der voreinstellbaren Zähler ZE 11 bis ZE 14 beim Hochzählen mit Hilfe des Zähltaktes ZT über den höchsten Zählerstand hinweg wieder de: Stand Null, dann gibt er einen (Übertrag-)Impuls ab, der das RS-Flipflop FFIl setzt. Das RS-Flipflop FFIl wird

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zähler ZA 11 bis ZA 14 wieder den Zählerstand Null erreicht

Das Ausgangssignal des RS-Flipflops FFIl steuert eine Torschaltung TSX, die einen Abschnitt des differenzierten verzögerten Audiosignals ASV als Korrekturimpuls KI auf den Endverstärker EV durchschaltet solange das RS-Flipflop FFIl gesetzt ist Dieser Korrekturimpuls erteilt der Membrane eine zusätzliche gleichsinnige Beschleunigung.

Die Scheitelwertimpulse Sh 2 übernehmen die Steuerungen der zweiten Schaltungsgruppe mit den bereits erwähnten Elementen. Die innere Funktion der zweiten Schaltungsgruppe entspricht völlig der Funktion der beschriebenen ersten Schaltungsgruppe, so daß sich ein näheres Eingehen erübrigt Indessen steuert das Ausgangssignal des zweiten RS-Flipflops FF21 eine Torschaltung TS 2, die einen Abschnitt eines Signals, das aus dem differenzierten verzögerten Audiosignal ASV durch eine zusätzliche Inversion mit dem Inverter INV gewonnen wird, auf den Endverstärker EV durchschaltet Diese Impulse wirken bremsend auf die Membranbewegung.

Um einen Schaltklicks im akustischen Signal zu vermeiden, empfiehlt es sich die Flanken der Steuersignale für die Torschaltungen TSi und TS 2 etwas zu verrunden und Toschaltungen einzusetzen, deren Steuercharakteristik wenigstens annähernd iinear verläuft

Die F i g. 7 zeigt eine Anordnung mit zwei 9stufigen Binärzählern CR1 und CR 2, die somit beide das Zählvolumen 512 besitzen. Die Zähler CRl und CR 2 werden mit dem Zähltakt ZT betrieben. Jeder Scheitelpunktimpuls SI setzt den ersten Zähler CR1 auf Null zurück. Der bis zum Eintreffen eines Wendepunktimpulses WPI aufgelaufene Zählerstand wird durch den Wendepunktimpuls WPI parallel in den zweiten Zähler CR 2 übernommen.

Setzt man die Anordnung nach F i g. 7 an die Stelle des Vorwärtszählers CR in der Korrektursteuereinrichtung nach F i g. 6, dann ist ohne zusätzliche Schaltungsänderungen die Verwendung von Korrekturimpulsen KI2 nach Fig.2B möglich. Durch eine geeignete Vernmdung der Steuersignale für die Torschaltungen TS X und 752 werden aus den abgetasteten Abschnitten des differenzierten Audiosignals ASVdie Korrekturimpulse KI2 mit der gewünschten, wenigstens annähernd einer sin^Funktion entsprechenden Form gewonnen.

In Anlagen zur Tonwiedergabe, insbesondere zur

Wiedergabe von Musik, wird da? ganze wiederzugebende Frequenzband im allgemeinen mittels Frequenzweichen in mindestens drei Teilfrequenzbänder unterteilt und für jedes Teilfrequenzband ein speziell ausgebildeter Lautsprecher eingesetzt. Vorzugsweise wird die Unterteilung so gewählt, daß das Verhältnis aus der oberen und der unteren Grenzfrequenz in jedem Teilfrequenzband gleich ist

Da die für die Durchführung der Korrekturmaßnahmen erforderliche Verzögerung des Audiosignals von der unteren Grenzfrequenz in dem betreffenden Teilfrequenzband bestimmt wird, müssen die Audiosignale in höheren Frequenzbändern r.usätzlich verzögert werden, um sicherzustellen, daß die Gesamtverzögerung der Audiosignale in allen Teilfrequenzbändern gleich ist.

Die Korrekturmaßnahmen können sowohl in Anlagen eingesetzt werden, in denen ein gemeinsamer Endverstärker für alle Teilfrequenzbänder vorgesehen ist und die Abteilung durch nachgeschaltete Frequenzweichen erfolgt, als auch in Anlagen, in Jenen jedem Teilfrequenzband ein eigener Endverstärker zugeordnet ist und infolge dessen die Frequenzaufteilung schon vorher erfolgen muß. In dem ersten Fall, bei dem die Frequenzaufteilung erst hinter dem gemeinsamen Endverstärker geschieht, bringt die Anwendung von Korrekturimpulsen von der in Fig. 2B dargestellten Form Vorteile, da diese Impulse oberwellenarm sind und damit die Gefahr, daß Oberwellen in ein höheres Frequenzband fallen, verringert wird.

Es kann ausreichend sein, die Korrektur nur im Tieftonbereich oder im Tiefton- und Mitteltonbereich durchzuführen.

Die beschriebenen Korrekturmaßnahmen können

auch in Verbindung mit einem gegengekoppelten System vorgenommen werden, wie das in Fig.4 in Strichlinien dargestellt ist Ein solches gegengekoppeltes System ist beispielsweise durch die DE-AS 21 !7 847 bekannt. Es ist zweckmäßig, die Gegenkoppelung GK jeweils für die Dauer der Einspeisung der Korrekturimpulse zu unterbrechen. Dies kann mit Hilfe einer weiteren Torschaltung SG geschehen, die durch das Ausgangssignal der Korrektursignal-Steuereinrichtung

ίο KST, z. B. bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.6, durch die konjunktiv verknüpften, invertierten Ausgangssignale der beiden RS-Flipflops FFIl und FF21 gesteuert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch mittels

einer Digitalsignale verarbeitenden, im übrigen äquivalenten Schaltungsanordnung durchführbar. Liegen analoge Eingangsdaten, d. h. ein analoges Audiosignal AS vor, so sind die den Scheitelwerten und den Wendepunkten zugeordneten Werte analog/digital-umzuset- zen und sind die dem Endverstärker zuzuführenden Signale winder digital/analog-umzusetzen. Liegen die Audiosignale in digitaler Form vor, z. B. als PCM-Signa-Ie, so erfolgt deren Korrektur zweckmäßig auf digitalem Wege.

Die Erfindung wurde ausführlich mit Bezug auf die Korrektur von Audiosignalen erläutert die einen Lautsprecher, z. B. dessen Membran, anregen; sie ist jedoch auch bei anderen Signalen anwendbar, die andere Tätigkeit bei plötzlichen Pegeländerungen aufweisende Elemente anregen, d.h. Elemente, die plötzlichen Pegeländemngen nicht folgen können und dadurch das von dem Element abzugebende Signal verfälschen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Verbesserung des Einschwingverhaltens eines durch ein Eingangssignal, insbesondere ein Audiosignal, angeregten Trägheit bei s plötzlichen Pegeländerungen aufweisenden Elements, insbesondere eines Lautsprechers, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) jeweils zwei aufeinanderfolgende Scheitelwerte (S, S*) des Eingangssignals (AS) werden hinsichtlich Betrag und Vorzeichen miteinander verglichen,

   b) abhängig von den Vergleichsergebnissen werden Korrekturimpulse (KIi, KI2) erzeugt, die höchstens zwischen zwei aufeinanderfolgenden Scheitelpunkten (S, S*) wirksam sind und deren Amplitude der Differenz der Beträge der Scheitelwerte angepaßt ist,

   c) die Korrekturimpulse (KI 1, KI2) werden dem Eingangssignal (ASV) nach Verzögerung überlagert, wobei die Verzögerungszeit gleich der Dauer von Korrekturimpulsen (KIX, Kl2) für Schwingungen mit der niedrigsten für die Widergabe vorgesehenen Frequenz ist und für die Überlagerung folgende Kriterien gelten:

   ca) ein die Änderung der Momentanwerte des Eingangssignals (ASV) unterstützender Korrekturimpuls (KIi, KI2) wird überlagft, wenn beide Scheitel werte gleiches Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert kleiner ist als der zweite oder wenn die Scheitelwerte verschiedene Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert kleiner ist als der zweite und das Verhältnis des größeren zum kleineren Scheitelwert einen vorgegebenen Wert übersteigt,

   cb) ein der Änderung der Momentanwerte des Eingangssignals (ASV) entgegenwirkender «o Korrekturimpuls (KIi, KI2) wird überlagert, wenn beide Scheitelwerte gleiches Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert größer ist als der zweite oder wenn die Scheitelwerte verschiedenes Vorzei- « chen haben und der erste Scheitelwert größer ist als der zweite und das Verhältnis des größeren zum kleineren Scheitelwert einen vorgegebenen Wert übersteigt

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale (KI \,K12) durch zeitgerechte Abtastung eines durch Differentiation des verzögerten Eingangssignals (ASV) abgeleiteten Hilfssignals bzw. durch Abtastung des invertierten Hilfssignals erzeugt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in Verbindung mit einer Gegenkopplungsanordnung durchgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung für die Dauer der Einspeisung von Korrekturimpulsen außer Funktion gesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich des Eingangssignals in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt wird und das Verfahren ausgewählt auf mindestens eines der Frequenzbänder angewendet wird,
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte Frequenzband die tieferen Frequenzen des Frequenzbereichs enthält
7. 7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Signalquelle zur Lieferung des Eingangssignals und mit einem Endverstärker zur Anregung des Elements, gekennzeichnet durch

   a) ein Verzögerungsglied (DEL) zur Verzögerung des Eingangssignals (ASX

   b) eine Einrichtung (KSG) zur Bildung der Korrektursignale (KIi, KI2),

   c) einen Signalanalysator (SAN) zur Erzeugung von Scheitelpunktimpulsen (SI) und von Wendepunktimpulsen (WPI) sowie zum Vergleich von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Scheitelwerten nach Betrag und Vorzeichen,

   d) und eine Korrektursignal-Steuereinrichtung (KST) zur Steuerung der Überlagerung des verzögerten Eingangssignals (ASV) mit Korrekturimpulsen (KI 1, KI2) entsprechend den vom Signalanalysator (SAN) gelieferten Informationen (WPI, Sh ι,
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (DEL) zur Verzögerung des- Eingangssignals (AS) als Schieberegister ausgebildet ist dessen Stufenzahl (Z) und Schiebetakt (ZT) der zu erzielenden Verzögerungszeit angepaßt sind, wobei die Frequenz des Schiebetaktes (ZT) groß gegen die höchste für die Wiedergabe durch das Element vorgesehene Frequenz des Eingangssignals (AS) ist
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Es sind ein η-stufiger Vorwinszähler (CR, CR1, CR 2) sowie n-stufige weitere Zähler (ZEU bis ZEiA bzw. ZE2i bis ZE24) und Durchlaufzähler (ZA 11 bis ZA U Dzw. ZA 21 bis ZA 24) mit 2" = z, die mit dem Schiebetakt (Zähltakt ZT) betrieben werden, vorgesehen,

   b) der Vorwärtszähler (CR, CRi, CR 2) wird jeweils durch einen den Beginn des Korrekturimpulses (KIi, KI2) in bezug auf das unverzögerte Eingangssignal (AS) markierenden Impuls (WPI, SIz) zurückgesetzt

   c) der augenblickliche Zählerstand des Vorwärtszählers (CR, CR1, CR 2) wird durch einen das Ende des Korrekturimpulses (KIi, KI2) in bezug auf das unverzögerte Eingangssignal (AS) markierenden Impuls (Sh;, Sh?) in einen der weiteren Zähler (ZEU bis ZEiA bzw. ZE21 bis ZE24) in zyklischer Vertauschung übergeben, gleichzeitig wird ein zugeordneter Durchlaufzähler (ZA XX bis ZA 14 bzw. ZA2X bis ZA 24) zurückgesetzt,

   d) die weiteren Zähler (ZE 11 bis ZE 14 bzw. ZE2X bis ZE 24) erzeugen beim Erreichen des höchsten Zählerstandes einen Impuls, der den Beginn eines Korrekturimpulses (KIX, KI2) in bezug auf das verzögerte Eingangssignal (ASV) bezeichnet,

   e) die Durchlaufzähler (ZAXX bis ZA 14 bzw. ZA 21 bis ZA 24) erzeugen beim Erreichen des höchsten Zählerstandes einen Impuls, der das

   Ende eines Korrekturimpulses (KJi, KJ 2) in bezug auf das verzögerte Eingangssignal (ASV) bezeichnet,

   f) es sind mindestens ebenso viele weitere Zähler (ZEH bis ZEH bzw. ZE2\ bis ZElA) und Durchlaufzähler (ZA 11 bis ZA14 bzw. ZA2X bis ZA 24) vorgesehen, als dem Verhältnis der oberen zu der unteren Grenzfrequenz des Eingangssignals (AS) entspricht

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