DE4221428A1

DE4221428A1 - Signalverarbeitungsschaltung fuer audioanlagen

Info

Publication number: DE4221428A1
Application number: DE4221428A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Ishimitsu; Hisashi Kihara; Shuichi Mori
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1993-03-18
Also published as: JPH0575367A; US5396562A; JP3295440B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Wiedergabecharakteristiken konventioneller Audioanlagen, wie zum Beispiel von CD-Playern, digitalen Audio-Taperekordern, sogenannte DAT-Rekorder Kassetten-Aufnahme/Abspielgeräten und Radioempfangsgeräten weisen sehr starke Unterschiede auf in Bezug auf die Klangquellen (klassische Musik, Jazz, populäre Musik, Konversation, etc.) und die Wiedergabeumgebung (in einem Raum, in einem Kraftfahrzeug).

Es ist schwierig, leisere Passagen eines Musikstückes wahrzu nehmen, welche in einer geräuschvollen Umgebung, wie zum Bei spiel Kraftfahrzeugen oder Zügen abgespielt werden. Das Anheben der Lautstarke des reproduzierten Signals auf einen hörbaren Pegel kann zu laute Lautstärken für relativ lautere Teile des Musikstückes führen. Auf der anderen Seite kann die Lautstärke nicht zu sehr angehoben werden, wenn die Wiedergabe an einem sehr ruhigen Ort erfolgt, was zu Schwierigkeiten bei der Wahr nehmbarkeit der Details leiserer Anteile führt.

Um die vorstehend erwähnten Probleme zu eliminieren, sind ge wöhnliche Audioanlagen ausgestattet mit einem Kompressor (Pres ser), in welchen das Ausgabesignal in seinem dynamischen Umfang komprimiert wird, mit einem Limiter, welcher den maximialen Pegel des Ausgangs begrenzt, oder einem Expander (Dehner), wel cher den dynamischen Bereich des Ausgangssignals expandiert bzw. erhöht.

Fig. 5 zeigt einen Presser, welcher in einem konventionellen Audiosystem Verwendung findet. Der Presser weist einen Verstär ker 52 mit variabler Verstärkung auf, welcher in eine Signal leitung 51 angeordnet ist, einen Eingangspegeldetektor 53 für das Detektieren des Pegels eines Eingangssignals und einen Ab schnitt 54 für das Einstellen einer Verstärkung mit einer im Vorhinein bestimmten Tabelle der Eingangssignale relativ zu den Ausgangssignalen, wie in Fig. 6 gezeigt.

Der Eingangspegeldetektor 53 detektiert den Pegel des Eingangs signals, um mit der Tabelle aus Fig. 6a die Ausgabe einer ent sprechenden Verstärkung des Verstärkers 52 zu bewirken, so daß die Verstärkung des Verstärkers 52 kontrollierbar und/oder steuerbar verändert ist, um die Kompression von Signalen mit den Eingangs/Ausgangschrakteristiken, wie in Fig. 6 dargestellt zu bewirken. In dieser Weise ist der dynamische Bereich des Ausgangssignals komprimiert, so daß die Lautstärke von leiseren Teilen eines Musikstücks angehoben ist, während die lauteren Teile abgesenkt sind. Das konventionelle Audiosystem verwendet nur eine im vorhinein bestimmte Tabelle der Eingangs/Ausgangs charakeristiken zur Kompression des dynamischen Bereiches und leidet dementsprechend an den nachfolgenden Nachteilen.

Die Kompression des dynamischen Bereiches mit den in Fig. 6 dargestellten Charakteristiken tendiert dazu, die leiseren Tei le eines Musikstückes besser hörbar zu machen als die lauteren Anteile. Dementsprechend können, wenn die insgesamte Lautstärke angehoben wird, einige Eingangs/Ausgangscharakteristiken nicht nur leisere Stellen eines Musikstückes sondern auch Zischlaute und Hintergrundrauschen betont werden und kann das Klippen bzw. die Amplituden Begrenzung von lauteren Stellen bei nachfolgen den Verstärkern und Lautsprechern bewirkt werden. Wenn die Ins gesamtlautstärke abgesenkt wird, können einige Eingangs/Aus gangscharakteristiken die Maskierung der leiseren Stellen durch Hintergrundrauschen bewirken. Somit ist die Wirkung der Kompression nicht immer die gleiche, sondern differiert in Ab hängigkeit von den Lautstärkeeinstellungen eines Audiosystems. Die Verwendung einer Tabelle mit einer einzelnen Eingangs/Aus gangscharakteristik ist nicht ausreichend für den erwünschten insgesamten Kompressionseffekt bei allen möglichen Einstellun gen der Lautstärke. Das gleiche gilt für Limiter bzw. Begrenzer und Expander.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine signalverarbei tende Schaltung bereitzustellen, bei welcher eine Eingangs/Aus gangschrakateristik in Übereinstimmung mit der Lautstärkeein stellung eines Audiosystems ausgewählt wird, wobei die optimale Signalverarbeitung für alle möglichen Lautstärkeeinstellungen bewirkt wird.

Eine Signalverarbeitungsschaltung für eine Audioanlage hat ei nen Verstärker mit variabler Verstärkung, dessen Verstärkung in Übereinstimmung mit einem die Verstärkung kontrollierenden und/oder steuerenden Signal verändert wird, welches diesem zu geführt wird. Die Signalverarbeitungsschaltung enthält einen Verstärkungseinstellungsabschnitt mit einer Vielzahl von Tabel len von Eingangs/Ausgangscharakteristiken in Übereinstimmung mit einem Lautstärkepegel, welcher durch einen Benutzer ausge wählt wurde. Die Charakteristiken sind für den Verstärker mit veränderbarer Verstärkung. Ein Tabellenauswahlabschnitt wählt eine entsprechende aus der Vielzahl von Eingangs/Ausgangscha rakteristiken in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Pegel an Lautstärke. Der Abschnitt zur Auswahl der Tabelle liefert die entsprechende Eingangs/Ausgangscharakteristik an den Verstärker mit variabler Verstärkung, um derart den Verstärker mit varia bler Verstärkung auf eine Verstärkung einzustellen, welche der Eingangs/Ausgangscharakteristik entspricht.

Eigenschaften und weitere Vorteile der Erfindung werden besser aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ver stehbar.

Es zeigen:

Fig. 1A ein Ausführungsbeispiel eines Kompressors für ein Audiosystem gemäß der Erfindung,

Fig. 1B ein Ausführungsbeispiel eines Kompressors mit einem A/D - Konverter,

Fig. 2A eine Kurve für relativ hohe Lautstärkepegel,

Fig. 2B eine Kurve für relativ niedrige Lautstärkepegel,

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Tabelle der Eingangs/Aus gangschrakteristiken für einen Begrenzer,

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer eine Eingangs/Ausgangscha rakteristiken enthaltenden Tabelle für einen Expan der,

Fig. 5 zeigt einen Kompressor, der in einem konventionellen Audiosystem verwendet wird und

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Eingangs/Ausgangscharakte ristik eines konventionellen Audiosystems.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kompressors 10 für ein Audiosystem gemäß der Erfindung. In der Figur stellt der Verstärker 1 mit variabler Verstärkung einen Verstärker dar, dessen Verstärkung steuerbar mit einem die Verstärkung steuern den Signal verändert werden kann. Der Verstärker mit variabler Verstärkung befindet sich in der Signalleitung 2. Ein Eingangs signalpegeldetektor 3 detektiert den Pegel eines Eingangs signals an den Verstärker 1 mit variabler Verstärkung und sen det das Detektionsergebnis an einen Abschnitt 4 zum Einstellen der Verstärkung. Der Abschnitt 4 zum Einstellen der Verstärkung weist zwei Tabellen 41 und 42 mit Eingangs/Ausgangscharakteri stiken wie in Fig. 2A und Fig. 2B jeweils dargestellt auf. Die jeweiligen Tabellen 41 und 42 sind bereits für vorbestimmte Lautsprecherausgangseinstellungen vorgesehen, so daß eine cha rakteristische Kurve, welche für eine optimale Kompression ge eignet ist für einen gegebenen Bereich einer Lautsprecheraus gangseinstellung gewählt ist.

Fig. 2A zeigt eine Kurve für relativ hohe Pegel der Lautstärke oder der Lautsprecherausgangssignale und Fig. 2B für relativ geringe Pegel. In den Figuren zeigen die unterbrochenden Linien die Ausgangspegel des Verstärkers 1, falls die Verstärkung für alle Eingangspegel ungeändert ist. Pfeile, welche nach oben weisen zeigen die Anhebung der Verstärkung des Verstärkers 1 an, während Pfeile die nach unten zeigen, ein Absinken der Ver stärkung repräsentieren. Wenn der Ausgangspegel des Lautspre chers hoch ist, ist der von dem Lautsprecher abgegebene Laut stärkepegel hoch und benötigt keine Anhebung der Verstärkung für leisere Teile des Musikstückes. Es sollte festgehalten wer den, daß der Anstieg in leiseren Teilen, welcher in Fig. 2A dargestellt ist, ist geringer ist als derjenige, welcher in Fig. 2B dargestellt ist. Es sollte ebenfalls festgehalten wer den, daß die Verstärkung bei niedrigeren Eingangspegeln in Fig. 2A stärker abgesenkt ist als in Fig. 2B.

Ein Abschnitt 5 zur Auswahl einer Tabelle empfängt ein Laut sprecherausgangssignal-Einstellsignal von einem Abschnitt 6 zur Einstellung der Lautsprecherausgangssignale des Audiosystems und wählt eine entsprechende der beiden Tabellen 41 und 42 mit den Eingangs- Ausgangscharakteristiken, welche in dem Abschnitt 4 zur Einstellung der Verstärkung gespeichert sind. Der Ab schnitt 6 zur Einstellung der Lautsprecheraussignale nimmt die Form, zum Beispiel von einem wohlbekannten elektronischen ver änderbaren Widerstand an, welcher für die Justierung der Aus gangsleistung eines Leistungsverstärkers verwendet wird. Für digitale Audiosysteme, wie CD-Player und digitale Audio-Tapes liegt das Eingangssignal in digitaler Form vor. Somit kann der in Fig. 1A dargestellte Kompressor 10 durch Verwendung einer DSP (digitalen Signalprozeßeinheit) verwirklicht werden. In diesem Fall erlaubt die Hinzufügung eines Analog-Digital-Kon vertors 7, wie in Fig. 1B dargestellt den direkten Empfang ei nes analogen Signals.

Betriebsablauf

Der Betriebsablauf bzw. die Funktionen des Ausführungsbeispie les werden nachfolgend wie folgt beschrieben:

Wenn das Audiosystem eingeschaltet wird, führt der Abschnitt 6 zur Einstellung der Lautstärke dem Abschnitt zur Auswahl der Tabelle ein Lautstärkeeinstellesignal zu, welches einen Laut stärkepegel anzeigt, der von dem Lautsprecher abzugeben ist. Entsprechend dem Signal zur Einstellung des Lautsprecheraus gangssignals wählt der Abschnitt zur Auswahl der Tabelle eine der beiden Tabellen 41 und 42 mit den Eingangs/Ausgangscharak teristiken aus. Die nachstehend gegebene Beschreibung unter stellt, daß die Tabelle 41, welche zu Fig. 2A korrespondiert, ausgewählt wird. Das Eingangssignal an den Kompressor wird auf geteilt für den Verstärker 1 mit variabler Verstärkung und für den Eingangssignalpegeldetektor 3. Der Detektor 3 detektiert den Pegel des Eingangssignals und sendet dies an den Abschnitt 4 für die Einstellung der Verstärkung. Der Abschnitt 4 empfängt den Detektionspegel von dem Detektor 3 und bestimmt eine ent sprechende Verstärkung aus der Tabelle 41 in Fig. 2A, um so den Verstärker mit variabler Verstärkung auf die derart bestimmte Verstärkung einzustellen. Somit ist der Verstärker 1 mit varia bler Verstärkung steuerbar in seiner Verstärkung eingestellt, so daß das Eingangssignal mit der derart bestimmten Verstärkung verstärkt wird. In dieser Weise erfährt das Eingangssignal op timale Signalkompression unter Eingangs/Ausgangscharakteristi ken, welche in Fig. 2A dargestellt sind, in Übereinstimmung mit der Einstellung der Lautsprecherausgangssignale des Audio systems.

Für einen in Form von Software vorliegenden Kompressor sind die Kurven der jeweiligen Eingangs/Ausgangscharakteristiken durch die nachfolgenden Rechenoperationen bestimmt. In diesem Ausfüh rungsbeispiel sind die Eingangs- und Ausgangssignale genähert Relation in einer Ebene, welche eine logarithmische Abszisse und eine logarithmische Ordinate aufweisen, bzw. welche in zwei Richtungen logarithmisch vorliegen.

Das Eingangs- zu Ausgangsverhältnis ist bei einer geraden Linie in einer Log-Log ebene durch Gleichung 1 wie folgt gegeben:

20 log y = 20 · a · log X + b (1)

Wobei y ein Ausgangssignal und X ein Eingangssignal ist, a ist eine Steigung der Linie und b ist die Größe des Ausgangssignals für ein Eingangssignal mit 0 dB. Somit wird die nachfolgende Gleichung aus Gleichung (1) erhalten:

y = 10^b/20 · Xa (2)

Um die Rechnung unter Verwendung von Gleichung (2) bei der DSP durchzuführen, wird das Eingangssignal X durch eine Verstärkung k durch den Multiplizierer multipliziert, wobei k wie folgt ge geben ist:

k = 10^b/20 · X^a-1 (3)

Mit anderen Worten stellt Gleichung (2) das gleiche dar wie das Multiplizieren des Eingangssignals mit einer Verstärkung k un terstrichen.

y = 10^b/20 · Xa = 10^b/20 · X^a-1 · X = kX (4)

Jedoch ist die DSP nicht in der Lage, direkt expontielle Multi plikationen der Variablen X vorzunehmen. Somit wird k in Glei chung (3) einer Taylor-Reihe expandiert, so daß die Gleichung in der Form einer Multiplikation ausgedrückt wird. Zum Beispiel kann k in einer Näherung dritter Ordnung wie folgt expandiert werden:

k = k₁ + K₂X + k₃X² + k₄X³ (5)

Die jeweiligen Koeffizienten Ki (i=1, 2, 3, 4) können vorher aus den nachstehenden Gleichungen erhalten werden. Derart wer den die jeweiligen Koeffizenten ki für die jeweiligen Tabellen mit den Ausgangscharakteristiken in entsprechenden RAMs (Schreib-Lesespeichern) jeweils gespeichert, so daß die Glei chungen (4) und (5) verwendet werden können, um das Ausgangs signal y zu berechnen.

Die vorstehenden Werte von ki sind das Ergebnis von Taylor-Rei hen-Entwicklungen in der Nähe von X=Xo, wobei Xo derart gesetzt wird, daß der Verstärkungsfehler der Taylor-Reihen-Entwicklung minimalisiert ist. In dieser Weise gestattet die Verwendung der DSP die einfache Änderung der Eingangs/Ausgangstabellen durch einfaches Überschreiben der in dem RAM gespeicherten Koeffizienten. Dies ermöglicht es, ein System mit einem sehr hohen Freiheitsgrad zu konstruieren.

Obwohl das Ausführungsbeispiel im Hinblick darauf beschrieben wurde, daß der Abschnitt zur Einstellung der Verstärkung zwei Tabellen mit Eingangs/Ausgangscharakteristiken aufweist, welche in den Fig. 2A und 2B dargestellt sind, hängt die Anzahl der Tabellen von der Anzahl von unterteilten Lautstärkepegeln der Lautsprecherausgangssignale ab. Während das Ausführungsbeispiel in Fig. 1A unter Bezugnahme auf einen Expander beschrieben wur de, kann die Erfindung dahingehend modifiziert werden, daß der Abschnitt 4 zur Einstellung der Verstärkung eine Tabelle mit einer Eingangs/Augsgangscharakteristik, wie in Fig. 4 darge stellt speichert, in welchem Falle das Ausführungsbeispiel von Fig. 1A als Limiter oder als Expander verwendbar ist.

Beschrieben wird eine Signalverarbeitungsschaltung für eine Audioanlage mit einem Verstärker mit variabler Verstärkung, dessen Verstärkung in Übereinstimmung mit einem Verstärkungs steuerungssignal, welches diesem zugeführt wird, verändert wird. Die Signalverarbeitungsschaltung enthält einen Abschnitt zur Einstellung der Verstärkung mit einer Vielzahl von Tabellen mit Eingangs/Ausgangscharakterisktiken entsprechend einem von einem Benutzer ausgewählten Lautstärkepegel. Die Charakteristi ken sind für den Verstärker mit variabler Verstärkung. Ein Abschnitt zur Auswahl einer Tabelle wählt eine entsprechende aus der Vielzahl von Eingangs/Ausgangscharakteristiken in Über einstimmung mit den gewähltem Lautstärkepegel aus. Der Ab schnitt zur Auswahl einer Tabelle führt die entsprechende Ein gangs/Ausgangscharakteristik dem Verstärker mit variabler Ver stärkung zu, um derart den Verstärker mit variabler Verstärkung in seiner Verstärkung entsprechend der Eingangs/Ausgangscharak teristik einzustellen.

Claims

1. Signalverarbeitungsschaltung für eine Audioanlage mit: einem Verstärker mit varibaler Verstärkung, welcher in einer Signalleitung für die Verstärkung eines Eingangssi gnals angeordnet, um ein verstärktes Signal auszugeben, ist, wobei der Verstärker mit variabler Verstärkung eine Verstärkung aufweist, welche geeignet ist, in Übereinstim mung mit einem Verstärkungssteuerungssignal, welches die sem zugeführt ist, verändert zu werden, einem Abschnitt zur Einstellung der Verstärkung mit einer Vielzahl von Tabellen mit Eingangs/Ausgangscharakteristi ken für den Verstärker mit variabler Verstärkung, wobei jede aus der Vielzahl der Tabellen einem Lautstärkepegel entspricht, die durch einen Benutzer ausgewählt ist und mit einem Abschnitt zur Auswahl einer Tabelle für die Aus wahl einer entsprechenden aus der Vielzahl von Eingangs/- Ausgangscharakteristiken in Übereinstimmung mit dem ausge wählten Lautstärkepegel, wobei der Abschnitt zur Auswahl der Tabelle die entsprechende Eingangs/Ausgangscharakteri stik dem Verstärker mit variabler Verstärkung zuführt, um derart den Verstärker mit variabler Verstärkung auf eine Verstärkung einzustellen, welche der Eingangs/Ausgangscha rakteristik entspricht.

2. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung weiterhin einen Ein gangssignalpegeldetektor für die Detektion eines Eingangs signalpegels des Verstärkers mit variabler Verstärkung enthält, um ein Pegeldetektionssignal auszugeben, welches dem Abschnitt zur Einstellung der Verstärkung den Ein gangssignalpegel anzeigt.

3. Signalverarbeitungsspaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein digitales Signal ist und digi tal verarbeitet wird.

4. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung weiterhin einen A/D- Konverter für das Konvertieren eines analogen Signales in ein digitales Signal enthält, wobei das Eingangssignal das digitale Signal ist, welches von dem Analog-Digitalkonver ter ausgegeben wird.

5. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Eingangs/Ausgangscharakteristiken den Verstärker mit variabler Verstärkung veranlassen, als Kom pressor zu arbeiten.

6. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Eingangs/Ausgangscharakteristiken den Verstärker mit variabler Verstärkung veranlassen, als Ex pander zu arbeiten.

7. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Eingangs/Ausgangscharakteristiken bewirken, daß der Verstärker mit variabler Verstärkung als Begrenzer arbeitet.