DE10232368A1

DE10232368A1 - Volldigitalisiertes Audiosystem

Info

Publication number: DE10232368A1
Application number: DE10232368A
Authority: DE
Inventors: Guohua Zhang; Limin Lai; Enyi Zhan; Aihua Zhou
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2003-04-24
Also published as: CN1174658C; CN1330505A; DK200201080A; SG118144A1; JP2003163985A; KR20030007226A; KR100532240B1; US20040225388A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein volldigitalisiertes Audiosystem mit einer Energiequelle (21) und einer Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20), bei dem von der Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20) ausgegebene Digital-Audio-Signale einer Steuer- und Kodiereinheit (18) zugeführt werden, in der Audio- und Steuersignale kodiert werden und durch einen an der Steuer- und Kodiereinheit (18) vorgesehenen Digitalübertragungsanschluss (11) an eine Digital-Soundbox-Einheit (19) übertragen werden. Bei diesem System wird eine volldigitalisierte Verarbeitung der Audio-Signale entsprechend dem Mechatronik-Konzept vorgenommen, so dass das Problem der Verzerrungen, die beim Stand der Technik über den gesamten Betriebsablauf von der Eingabe, Verarbeitung, Verteilung, Übertragung bis zur akustischen Ausgabe verursacht werden, gelöst wird, so dass ein präzise steuerbares Audio-Signal erzeugt wird. Das Audio-System bietet hohe Klangtreue, gute Steuerbarkeit, ist leicht zusammenfügbar und zur massenweisen Herstellung komplexer Audio-Systeme geeignet. Es entspricht dem derzeitigen Entwicklungstrend herkömmlicher Audio-Systeme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Audiosystem und insbesondere ein volldigitalisiertes Audiosystem, das auf Mechatronik-Basis ausgebildet ist.
Audiosysteme sind derzeit in sämtlichen Lebensbereichen präsent. Die Anforderungen an die akustische Qualität bei Audiosystemen, insbesondere bei Audiosystemen zur Verwendung als Heimanlage, sind zunehmend, derart strikt geworden, dass bereits die Entwicklung von Audiosystem avisiert wurde, deren Qualität über der Hi-fi-Norm liegt. Herkömmliche Audiosysteme sind auf der Basis der Ausbreitung und Verarbeitung von Analogsignalen konzipiert, mit Ausnahme einiger Teilschaltungen wie z. B. digitaler Audiosignalquellen und Dekodierschaltungen für jeweilige digitale Signalquellen. Die existierenden Digitalschaltungen in herkömmlichen Systemen sind jedoch Teil- oder Ersatzmodule analoger Natur. Die Limitationen analoger Schaltungen resultieren darin, dass an verschiedenen Elementen im gesamten Bereich der Kette von der Eingabe über die Verarbeitung, Übertragung, Verstärkung etc. bis zur Lautsprecherwiedergabe Verzerrungen der Audio-Signale auftreten, und verursachen zudem Schwierigkeiten beim Design und bei der Herstellung. Da insbesondere die Verstärkungsschaltungen und Lautsprecher herkömmlicher Audiosysteme als integrierte Systeme (nicht auf Mechatronik-Basis) ausgebildet sind, sind viele der auftretenden Probleme nur unter Schwierigkeiten mechanisch zu überwinden; dabei handelt es sich hauptsächlich um die folgenden Aspekte:

1. Schwierigkeiten bei der Last-Anpassung zwischen einem Verstärker und einem bzw. mehreren Lautsprechern;
2. lineare und nichtlineare Verzerrungen aufgrund von Analog-Verstärkung (einschließlich Spannungsvorverstärkung und Leistungsausgangsverstärkung);
3. Verzerrungen und Leistungsverluste, die durch passive Netzfrequenzteiler verursacht werden (Anstieg der ausgegebenen Innenimpedanzen zu Leitsprechereinheiten und Abnahme der Nachgiebigkeit);
4. Komplexität und Schwierigkeit der Herstellung und der Anpassung einer Sound-Box;
5. Schwierigkeiten bei der Handhabung der Phasenfrequenzverzerrung oder Übergangsverzerrung aufgrund des hohen Kompliziertheitsgrads der Phasenfrequenzeigenschaften des gesamten Systems von den Verstärkern zu den Lautsprechern;
6. Ineffizienz der Leistungsverstärkung mit der Folge eines hohen Kostenaufwands bei der Herstellung der Leistungsverstärkungseinheiten bei Hi-fi-Systemen; und
7. zahlreiche weitere Schwierigkeiten bei der Konzeption und Herstellung von Wechselspannungs-Hi-fi-Systemen mit unzuverlässiger Konsistenz zwischen Produkten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein volldigitalisiertes Audiosystem zu schaffen, bei dem über den gesamten Betriebsvorgang hinweg eine digitale Übertragung und eine digitale Verarbeitung vorgenommen werden, bei dem sich die Sound-Box aufgrund einer integrierten mechatronischen Struktur durch hohe Klangtreue, bessere Regelbarkeit, leichten Zusammenbau, Bedienerfreundlichkeit bei Herstellung und Einstellung sowie ein verbessertes Leistungs-Preis-Verhältnis auszeichnet.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe wird ein volldigitalisiertes Audiosystem vorgeschlagen, das eine Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit sowie eine Energiequelle aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die von der Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit ausgegebenen Audio-Signale einer Steuer- und Kodiereinheit zugeführt werden, in der das Audio-Signal und das Steuer-Signal kodiert werden, wobei die Audio-Signale über einen an der Steuer- und Kodiereinheit vorgesehenen Digitalübertragungsanschluss an eine Digital- Soundbox-Einheit ausgegeben werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch die folgenden Merkmale gelöst:
Die Steuer- und Kodiereinheit weist einen Digital-Audiosignal-Kanalteiler, einen Lautstärken- und Funktions-Controller, einen Digital-Audio- und Steuer-Kodierer und einen Digital-Übertragungsanschluss auf, wobei, wenn das Digital-Audiosignal aus der Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit von dem Digital-Audiosignal-Kanalteiler verarbeitet wird, das Steuersignal aus dem Lautstärken- und Funktions-Controller und weitere entsprechende Steuersignale mittels des Digital-Audio- und Steuer- Kodierers zu einem Digital-Audiosignal kodiert werden, derart, dass ein standardgemäßer kodierter Audio-Digitalsignalstrom, der Steuerinformation enthält, aus dem Digital-Übertragungsanschluss ausgegeben wird. Ferner ist der Lautstärken- und Funktions-Controller zum. Steuern einer Gate-Schaltung und eines Akustikeffekt-Prozessors in der Lage. Eine Digital-Soundbox- Einheit weist einen Digital-Boxanschluss, einen Digital-Soundboxsignal-Prozessor, einen Leistungsverstärker, eine Lautsprechereinheit und Sound- Boxen auf. Der standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom aus dem Digital-Übertragungsanschluss wird, nachdem er in den Digital-Übertragungsanschluss eingegeben worden ist, durch den Digital-Boxsignal-Prozessor einer digitalen Frequenzteilung, einer digitalen Phasenfrequenzkorrektur, einer digitalen Amplitudenfrequenzkorrektur, einer digitalen Lautstärke-Regelung und einer digitalen Spitzen-Wert-Korrektur unterzogen und wird dann in zwei oder mehr Kanäle digitaler Audio-Signale mit unterschiedlichem Antwortfrequenzband unterteilt, die dem Verstärker zugeführt werden und schließlich die Lautsprechereinheit steuern. Die Digital-Soundbox-Einheit führt ferner das auf die Digital-Soundbox bezogene Zustandssignal durch den Digital-Soundbox-Anschluss und den Digital-Übertragungsanschluss zurück zu der Steuer- und Kodiereinheit. Der Digital-Soundboxsignal-Prozessor, die Lautsprecher-Einheit und die Box sind in einer mechatronischen Struktur vorgesehen. Die Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt- Verarbeitungseinheit weist eine Digital-Audioquelle, ein Digital-Audioquellen- Eingangs-Interface, eine Analog-Audioquelle, eine Analog-Audioquellen-Eingangs-Interface, einen Analog-/Digital-(A/D-)Konverter, eine Gate-Schaltung und einen Akustikeffekt-Prozessor auf. Der Akustikeffekt-Prozessor kann zwei oder mehr Kanäle digitaler Audio-Signale an die Steuer- und Kodiereinheit ausgeben. Ferner können Parameter wie z. B. die Abschneidefrequenz, die Amplituden-Frequenz-Korrektur, die Phasen-Frequenz-Korrektur und die Spitzen-Wert-Korrektur des Digital-Soundboxsignal-Prozessors in der Digital-Soundbox-Einheit mittels einer Soundbox-Parameter-Einstelleinheit eingestellt werden.
Die Steuer- und Kodiereinheit des hier beschriebenen Systems empfängt eingegebene Digital-Audio-Signale und/oder digitalisierte Analog-Signale von einem Standard-Interface, von einem Steuer-Interface her übermittelte Signale und über den Digital-Übertragungsanschluss rückgeführte Soundbox-Zustandssignale. Verschiedene Signale werden in der Lautstärken- und Funktions-Controllereinheit und der Steuer- und Kodiereinheit verarbeitet und digital kodiert. Der kodierte Datenstrom wird durch den Digital-Übertragungsanschluss ausgegeben. Der von der Steuer- und Kodiereinheit ausgegebene standardgemäße kodierter Audio-Digitalsignalstrom wird der Digital- Soundbox zugeführt, und Feedback-Signale von der Digital-Soundbox werden über den Digital-Übertragungsanschluss, Übertragungsmedien und den Digital-Soundbox-Anschluss an die Steuer- und Kodiereinheit rückgesandt. Die Sound-Box und die Digital-Soundbox-Einheit sind entsprechend einem digitalen und mechatronischen Konzept ausgebildet, wobei der über den Digital-Übertragungsanschluss aus der Steuer- und Kodiereinheit zugeführte standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom durch den Digital-Soundboxsignal-Prozessor den Schritten des Trennens des Audio- Signals von dem Steuersignal; der digitalen Frequenzteilung, der digitalen Phasenfrequenzkorrektur, der digitalen Amplitudenfrequenzkorrektur, der . digitalen Lautstärke-Regelung und eine digitalen Spitzen-Wert-Korrektur unterzogen wird, insbesondere einer Prädikt-Digitalphasenfrequenzkorrektur, -Digitalamplitudenfrequenzkorrektur und der Einstellung von deren Steuerparameter; um eine hohe Klangtreue und eine hohe Stabilität des Audio-Ausgangssignal aus der Digital-Soundbox-Einheit zu gewährleisten. Die Digital-Soundbox-Einheit führt ferner verschiedene damit zusammenhängende Signale über den Digital-Soundbox-Anschluss und die Übertragungsmedien an die Steuer- und Kodiereinheit zurück.
Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

1. Die durch herkömmliche Analog-Übertragung und. Analog-Schaltung verursachten Verzerrungen werden reduziert, und zwar durch den von dem integrierten System durchgeführten Gesamtablauf der digitalen Signalübertragung und des Verarbeitungsvorgangs.
2. Durch die Verwendung einer digitalen Frequenzteilung wird ein beträchtlicher Anstieg der elektrischen Dämpfung der Leistungsverstärkung für den Lautsprecher erzielt.
3. Aufgrund der präzise eingestellten Amplituden-Frequenz- und Phasen- Frequenz-Eigenschaften, die durch die während des gesamten Vorgangs erfolgende prädikative und adaptive Kompensation (hauptsächlich für die Amplitudenfrequenz-Verzerrung und die Phasenfrequenz-Verzerrung aufgrund der Lautsprechereinheit und der Klangebene jeder Lautsprechereinheit, jeder Sound-Box, jedes Digital- Teilers, jedes Verstärkers etc.) ermöglicht werden, werden eine garantierte hohe Klangtreue sowie hohe Auflösung erzielt:
4. Die Sound-Box ist integriert (unter Einbeziehung der Schaltung, der Lautsprecher und der Box) basierend auf dem Mechatronik-Konzept ausgebildet und ist leicht einstellbar, was in höherer Leistung und einer Vereinfachung des Designs resultiert.
5. Durch genormte Interfaces hat jeder Hersteller die Möglichkeit, gemäß der Erfindung ausgebildete Sound-Boxen mit höchster Klangtreue herzustellen.
6. Das Audio-System ist geeignet für die massenweise Produktion insbesondere des Hi-fi-Systems mit einem AV5.1.- (oder dem obigen) Kanal, und zwar aufgrund der dem beschriebenen System zugrundliegenden Design-Prinzipien, dank derer der Herstellungsvorgang kostenreduziert und mit einem vereinfachten Verfahren durchgeführt werden kann.
7. Ein vollständiges System-Set kann leicht angelegt werden, so dass der Aufwand für eine Nachrüstung reduziert ist.
8. Aufgrund des auf Hi-fi-Plattform angelegten Struktur-Designs des vorliegenden Systems und des fortschrittlichen Digital-Verarbeitungsvorgangs sind die Akustik und die Klangqualität entsprechend individuellen Vorlieben anpassbar.
9. Es können diversifizierte Klangfeldszenen-Effekte erzielt werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Schaltungsprinzips gemäß der Erfindung;
Fig. 2(A) bis 2(D) Blockschaltbilder der vier möglichen Ausführungsformen der Steuer- und Kodiereinheit;
Fig. 3(A) bis 3(D) Blockschaltbilder vierer möglicher Arten der Verbindung zwischen der Steuer- und Kodiereinheit und der Energiequelle;
Fig. 4(A) bis 4(C) Blockschaltbilder dreier möglicher Arten der Verbindung zwischen der Steuer- und Kodiereinheit und dem Digital-Lautsprecher; und
Fig. 5(A) und 5(B) Blockschaltbilder zweier möglicher Ausgestaltungen der Digital- Soundbox-Einheit.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
Gemäß Fig. 1 weist ein gemäß der Erfindung ausgebildetes System eine Dekodier- und Klängfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit 20, eine Energiequelle 21; eine Steuer- und Kodiereinheit 18, eine Digital-Soundbox-Einheit 19 und eine Sound-Box 17 auf. Die Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt- Verarbeitungseinheit 20 weist eine Digital-Audioquelle 1, ein Digital-Audioquellen-Eingangs-Interface 2, eine Analog-Audioquelle 3, ein Analog-Audioquellen-Eingangs-Interface 4, einen A/D-Konverter 5, eine Gate-Schaltung 6 und einen Akustikeffekt-Prozessor 7 auf. Die Steuer- und Kodiereinheit 18 weist einen Digital-Audiosignal-Kanalteiler 8, einen Lautstärken- und Funktions-Controller 9, einen Digital-Audio-Code- und Steuer-Code-Kodierer 10 und einen Digital-Übertragungsanschluss 11 auf. Die Digital-Soundbox-Einheit 19 weist einen Digital-Soundbox-Einheit-Anschluss 13, einen Digital- Soundbox-Einheit-Signalprozessor 14, eine Leistungsverstärkereinheit 15 und eine Lautsprechereinheit 16 auf. Wahlweise kann eine Lautsprecherparameter-Einstellvorrichtung vorgesehen sein, mit der der Benutzer die Lautsprecher-Parameter eingehender regeln kann.

Steuerung und Betriebsvorgang

Das Signal aus der Analog-Audioquelle 3 wird dem Analog-Audioquellen- Eingangs-Interface 4 der Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit 20 des Systems zugeführt Zunächst wird das Signal aus der Analog-Audioquelle digitalisiert, was generell durch den A/D-Konverter 5 erfolgt. Die Digital = Audioquelle 1 ist bei dem hier beschriebenen System direkt mit einem Eingangs-Interface der Digital-Audioquelle 2 der Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit 20 verbunden, so dass die Digital-Signale der Audio-Quelle, nachdem sie von einer Gate-Schaltung 6 aus mehreren Eingangssignalen gewählt worden sind, digital dekodiert und in Hinblick auf einen Digital-Klangfeld-Effekt verarbeitet werden. (Dies kann zahlreiche funktionale Vorgänge beinhalten, z. B. Dolby Surround, Dolby Digital [AC-3], DTS, ein DSP-Klangfeld, ein Digital-3D-Klangfeld, Digital- Karaokey, digitales Equalizing etc.) Zwei oder mehr Kanäle von Digital- Audiosignalen werden ausgegeben und von dem Digital-Audiosignal- Kanalteiler 8 in der Steuer- und Kodiereinheit 18 in entsprechende Kanäle unterteilt. Anschließend werden ausgehend von dem Digital-Signalstrom Signale aus dem Lautstärken- und Funktions-Controller 9 und andere entsprechende Steuersignale (z. B. das - Lautstärken-Steuersignal, das Nach- Verarbeitungs-Steuersignal und das Moduswähl-Steuersignal) mittels des Digital-Audio-Code- und Steuer-Code-Kodierers 10 zu einem Digital-Signalstrom kodiert, um einen standardgemäßen kodierten Audio-Digitalsignalstrom zu bilden, der Steuerinformation enthält, die von dem Digital-Übertragungsanschluss 11 ausgegeben wird.
Der Lautstärken- und Funktions-Controller 9 kann auch zum Steuern der Gate-Schaltung 6, des Effekt-Prozessors 7 und anderer Einheiten (z. B. einer Anzeigeeinheit) verwendet werden.

Übertragung

Die Übertragung des standardgemäßen kodierten Audio-Digitalsignalstroms bei dem hier beschriebenen System kann unter verschiedenen standardgemäßen seriellen Protokollen gewählt sein, wobei es sich z. B. um das Standard-S/PDIF-Protokoll handeln kann. Das Digital-Audiosignal wird in einen Audiodaten-Bereich des S/PDIF geleitet, während die Audio-Signale als Einfach-Kanal-Modus (oder unter Verwendung nur eines einzigen Kanals des Doppelkanals) definiert werden. Die Lautstärke- und Steuer-Codes, die digital kodiert sind, werden in einen User-Code-Bereich (Ubit) geladen. Das Kodieren der Lautstärke- und Steuer-Codes wird als zuverlässiges (mit Prüfung und Korrekturen durchgeführtes) und anschlussfreies (Echtzeit-) Verfahren vorgenommen.
Der Typ des Übertragungsmediums auf der physischen Ebene 31 wird hauptsächlich entsprechend dem Prinzip der hohen Rate und des langen Abstands gewählt, wobei die Daten-Rate mehr als 96 K/32 Bit und der bei der Übertragung zu durchlaufende Abstand über 15 Meter betragen muss. Somit können z. B. optische Fasern, koaxiale Kabel oder Twisted-Pair-Leitungen verwendet werden.
Falls die in Fig. 4A, 4B, 4C gezeigten Strukturen verwendet werden, ist es empfehlenswert, Twisted-Pair-Leitungen zu verwenden. Dann wird der standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom durch einen Digitalsignalmodulator 29 moduliert und anschließend mit der Versorgungsspannung 21 aus dem Netz 32 gemischt, und zwar durch eine Digital-Audiosignal-Mischvorrichtung über einen Energieverteiler 22 und ein Energiemisch-Netzwerk 24, bevor der Signalstrom über das Draht-Paar übertragen wird. An dem Digital-Soundbox-Einheit-Port 13 wird der standardgemäße kodierte Audio- Digitalsignalstrom mittels eines Digital-Audiosignal-Trenn-Netzwerks 33 und eines Energie-Trenn-Netzwerks 34 von der Energie getrennt, wobei die Energie in eine Soundbox-Energiequelle 35 eingegeben wird, während der modulierte standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom in den Digital- Soundbox-Signalprozessor 14 eingegeben wird, nachdem er von dem Digital-Audiosignal-Demodulator 30 demoduliert worden ist.
Falls die in Fig. 4D gezeigte Struktur verwendet wird, kann die Energie für die Sound-Box durch eine Soundbox-Energiequelle 35 direkt aus dem Netz 32 zugeführt werden.
Nach der Eingabe in den Digital-Soundbox-Anschluss 13 wird der standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom verarbeitet, einschließlich einer digitalen Frequenzteilung, einer digitalen Phasenfrequenzkorrektur, einer digitalen Amplitudenfrequenzkorrektur; einer digitalen Lautstärke-Regelung und einer digitalen Spitzen-Wert-Korrektur durch den Digital-Soundbox- Signalprozessor 14, und wird dann in zwei oder mehr Kanäle digitaler Audio- Signale mit unterschiedlichem Antwortspektrum unterteilt und einem Leistungsverstärker 15 zugeführt, um schließlich die Lautsprechereinheit 16 zu steuern. Die Digital-Soundbox-Einheit 19 führt ferner relevante Zustandssignale durch den Digital-Soundbox-Anschluss 13 und den Digital- Übertragungsanschluss 11 zurück zu der Steuer- und Kodiereinheit 18.
Die Sound-Box 17 und der digitale Lautsprecher 19 sind gemäß dem Mechatronik-Konzept ausgebildet und führen eine prädiktive Kompensation durch, wodurch das Design der Sound-Box weiter optimiert wird und Design-Konzepte sehr viel leichter realisiert werden können.

Digital-Frequenz-Teilung

Der Zweck der Digital-Teilung besteht darin, das gesamte Spektrum eines Audio-Signals in zwei (oder drei oder mehr) digitale Audio-Kanal-Signale mit niedrigem, mittlerem oder in einigen Fällen hohem Frequenzbereich zu teilen, um, nachdem die Audio-Signale verarbeitet worden sind, die Bass- bzw. Tiefen- (in einigen Fällen) bzw. Höhen-Lautsprechereinheiten zu steuern. Die bei dem hier beschriebenen System verwendeten Tiefpass-, Bandpass- (in einigen Fällen) und Hochpass-Filter sind mittels digitaler Filter geeigneter Ordnungen und Typen implementiert. Die Digital-Teilung ermöglicht eine Verbesserung der elektrischen Dämpfungseigenschaften des Leistungsverstärkers zu der Lautsprechereinheit hin, und die Verwendung präziserer und höherer Ordnungen von Frequenzteilungen, wodurch eine Reduzierung der Band-Überlappung zwischen beiden Lautsprechereinheiten und eine Reduzierung der Phasenverzerrung.

Digital-Phasenfrequenz-Korrektur

Der Zweck der Digital-Phasenfrequenz-Korrektur besteht im Korrigieren der Phasenfrequenzverzerrung an sämtlichen Elementen des Systems, insbesondere der Phasenfrequenzverzerrung, die aufgrund der Differenz zwischen den Klangebenen von Lautsprechereinheiten verursacht wird, um die systematische "Gruppen-Verzögerung" durch das aktive Spektrum der Sound- Boxen konstant zu machen (lineare Phasenfrequenz).

Digital-Amplitudenfrequenz-Korrektur

Es ist Aufgabe der Digital-Amplitudenfrequenz-Korrektur, die Amplitudenfrequenz-Verzerrung zu korrigieren, die aufgrund kritischer Aspekte wie z. B. der Empfindlichkeit der Lautsprechereinheiten, der Sound-Box 17 etc. verursacht wird, und die Amplitudenfrequenzeigenschaften in dem aktiven Spektrum der Sound-Boxes flach zu machen.

Digital-Lautstärke-Regelung

Die Funktion der Digital-Lautstärke-Regelung besteht im Empfang von Lautstärke-Steuersignalen aus der Steuer- und Kodiereinheit 18 und im Modulieren des Digital-Audiosignals zur Regelung der Lautstärke. Ferner ist es notwendig und möglich, die Maximal-Lautstärke der Lautsprechereinheit 16 zu beschränken, um ein "Ausbrennen" des Lautsprechers zu verhindern, da die Empfindlichkeit der Lautsprechereinheit 16, die der Lautsprechereinheit 16 zuzuführende Leistung und der Verstärkungsfaktor des Systems vorgegeben sind (aufgrund des mechatronischen Designs).

Digital-Spitzen-Korrektur

Da sowohl die dem Verstärker 15 zugeführte Spannung als auch die Spitzen-Energie, welche die Lautsprechereinheit 16 aushält, beschränkt sind, verursacht eine übermäßige Spitzen-Leistungsausgabe eine ernsthafte stoßweise zerhackende Verzerrung ("Chopping"-Verzerrung), die bei dem hier beschriebenen System korrigiert werden muss und kann. Die gewünschte Korrektur ist möglich durch Vorhersagen der folgenden Signalamplitude und Anwenden eines Verfahrens der allmählichen Kurvenveränderung (sanfte Sättigung). Nach der Korrektur sind die Betriebseigenschaften und die Akustik des Systems beträchtlich verbessert, so dass sich ein glatter und ästhetischer Klang ergibt.
Die vorstehend erwähnten Vorgänge basieren auf dem Design-Konzept der Mechatronik und werden bestimmt durch die Eigenschaften der Lautsprechereinheit 16 und der Sound-Box 17, die während des Entwerfens des Designs und bei der Herstellung getestet werden. Generell wird ein optimales Hi-fi-Niveau erreicht, indem sichergestellt wird, dass die Verzerrungen durch sämtliche Elemente des Systems (insbesondere die Sound-Box 17 und die Lautsprechereinheit 16) in prädiktiv kompensiert wird.
Ferner können Hersteller und Designer von Sound-Boxen die Tendenz der Sound-Boxen zu bestimmten Klangfarben, die Dynamik-Tendenzen und lokale stilistische Vorlieben entsprechend ihren eigenen Design-Ideen verwirklichen, so dass Produkte mit unverwechselbarer stilistischer Marken- Prägung hergestellt werden können.
Zudem können die Benutzer durch Einstellen des Klangfelds oder des Equalizers des in dem System vorgesehenen Effekt-Prozessors 7 ihre akustischen Präferenzen genießen.
Anspruchsvolle Audio-Fans können die Parameter der Abschneidfrequenz, der Amplitudenfrequenzkorrektur, der Phasenfrequenzkorrektur und der Spitzen-Korrektur des Digital-Soundboxeinheit-Signal-Prozessors 14 des Systems mittels der Lautsprecherparameter-Einstellvorrichtung 12 einstellen, um ihre eigenen geschmacklichen Präferenzen zu verwirklichen, Erfahrungen mit anderen Fans auszutauschen oder sogar an Wettbewerben teilzunehmen.
Da bei der Datenübertragung des hier beschriebenen Systems der standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom verwendet wird, ist die gegenseitige Unabhängigkeit der Steuer- und Kodiereinheit 18 und des Digital-Lautsprechersystems 19 gewährleistet; Zudem ist, da das System der Digital-Soundbox-Einheiten mit einer integrierten und den Hi-fi-Anforderungen entsprechenden Architektur ausgebildet ist, die gegenseitige Abhängigkeit zwischen verschiedenen Teilen reduziert, so dass verschiedene Teile separat voneinander unabhängig konzipiert und hergestellt werden können.
Im folgenden werden Fig. 2A bis 2D erläutert. In Fig. 2A ist die Steuer- und Kodiereinheit 18 eine unabhängige Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine klare Struktur vorliegt, jedoch zahlreiche Verbindungsleitungen vorhanden sind. Zudem existieren keine verfügbaren Produkte als Dekodier- und Klangfeld-Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit 20, die zur Anordnung in dem vorliegenden System geeignet wären. In Fig. 2B bilden die Steuer- und Kodiereinheit 18 und die Dekodier- und Klangfeld- Akustikeffekt-Verarbeitungseinheit 20 eine kombinierte Struktur, wobei jedoch der Energieverteiler 22 unabhängig ist, so dass die Energiezufuhr frei ge wählt werden kann. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2C ist ein Leistungsverstärker 22 mit der Struktur kombiniert, so dass er leicht installiert werden kann. In Fig. 2D sind ein CD- und DVD-Treiber 28 und die basalen audiovisuellen Funktionen miteinander kombiniert, so dass ohne zusätzliche Vorrichtungen ein audiovisuelle System gebildet wird. Die Strukturen gemäß Fig. 2C und 2D sind praktischer.
In den Fig. 3A bis 3D ist gemäß Fig. 3A die Energiequelle 21 innerhalb der Vorrichtung angeordnet. Die in Fig. 3B gezeigte Energiequelle 21 ist außerhalb der Vorrichtung angeordnet, wobei sie durch ein Interface angeschlossen ist. In Fig. 3C ist die Energiequelle 21 mit dem Energieverteiler 22 kombiniert und von der Vorrichtung getrennt. In Fig. 3D wird die Energie direkt in die Digital-Soundbox-Einheit 19 eingespeist. Jede der Strukturen gemäß Fig. 3A bis Fig. 3C bietet ihre eigenen Vorteile. Bei der Struktur gemäß Fig. 3D jedoch ist es schwierig, die Leitungen zu verbinden.
In den Fig. 4A bis 4C entspricht die Fig. 4A den Fig. 3A und 3B. Das Digital-Audiosignal-Trenn-Netzwerk 33 erlaubt den Durchlass eines modulierten Digital-Signals, blockiert jedoch ein Leistungssignal niedriger Frequenz, während das Energie-Trenn-Netzwerk 34 ein Gleichspannungs- oder Wechselspannungs-Leistungssignal (50 Hz ~ 60 Hz) durchlässt, jedoch ein Hochfrequenz-Digitalsignal blockiert. Fig. 4B entspricht Fig. 3C, und Fig. 4C entspricht Fig. 3D, wobei in Fig. 4C die Energiequelle 35 entsprechend der Sound-Box selbst angeordnet ist:
In Fig. 5 bildet der in Fig. 5A gezeigte Verstärker 15 eine Klangerzeugungsstruktur, bei welcher der Digital-Leistungsverstärker 25 (wie z. B. ein Verstärker der Klasse D) zum direkten Steuern der Lautsprechereinheiten 16 angeordnet ist. Der in Fig. 5B gezeigte Verstärker 15 bildet eine Klangerzeugungsstruktur, bei der die Lautsprechereinheit 16 durch einen Digital-/ Analog-Konverter 26 vor einem Analog-Leistungsverstärker 27 gesteuertwird.

Claims

1. Digitales Audiosystem mit einer Energiequelle (21) und einer Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20), wobei von der Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20) ausgegebene Digital-Audio-Signale einer Steuer- und Kodiereinheit (18) zugeführt werden, in der Audio- und Steuer-Signale kodiert werden und durch einen an der Steuer- und Kodiereinheit (18) vorgesehenen Digitalübertragungsanschluss (11) an eine Digital-Soundbox-Einheit (19) übertragen werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kodiereinheit (18) einen Digital-Audiosignal-Kanalteiler (8), einen Lautstärken- und Funktions-Controller (9), einen Digital-Audio-Code- und Steuer-Code-Kodierer (10) und einen Digital-Übertragungsanschluss (11) aufweist, wobei, wenn die Digital-Audiosignale aus der Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20) von dem Digital-Audiosignal-Kanalteiler (8) verarbeitet werden, das Steuersignal aus dem Lautstärken- und Funktions-Controller (9) und weitere entsprechende Steuersignale durch den Digital-Audio-Code- und Steuer- Code-Kodierer (10) zu einem Digital-Audiosignal kodiert werden, derart, dass ein standardgemäßer kodierter Audio-Digitalsignalstrom mit darin enthaltener Steuerinformation gebildet wird, der aus dem Digital- Übertragungsanschluss (11) ausgegeben wird.

3. System nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Digital- Soundbox-Einheit (19) einen Digital-Soundboxeinheit-Anschluss (13), einen Digital-Soundboxeinheit-Signalprozessor (14), einen Leistungsverstärker (15), eine Lautsprechereinheit (16) und eine Sound-Box (17) aufweist, wobei der aus dem Digital-Übertragungsanschluss (11) ausgegebene standardgemäße kodierte Audio-Digitalsignalstrom in den Digital-Soundbox-Anschluss (13) eingegeben wird, durch den Digital- Soundboxeinheit-Signalprozessor (14) einer digitalen Frequenzteilung; einer digitalen Phasenfrequenzkorrektur, einer digitalen Amplitudenfrequenzkorrektur, einer digitalen Lautstärke-Regelung und einer digitalen Spitzen-Wert-Korrektur unterzogen und dann in zwei oder mehr Kanäle digitaler Audio-Signale mit unterschiedlichem Antwortfrequenzband unterteilt wird, die dem Verstärker (15) zugeführt werden, um die Lautsprechereinheit (16) zu steuern.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf die Digital-Soundbox-Einheit (19) bezogenes Zustandssignal aus der Digital-Soundbox-Einheit (19) über den Digital-Soundboxeinheit-Anschluss (13) und den Digital-Übertragungsanschluss (11) zu der Steuer- und Kodiereinheit (18) rückgeführt wird.

5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Digital-Soundboxsignal-Prozessor (14), die Lautsprecher-Einheit (16) und die Sound-Box (17) der Digital-Soundbox-Einheit (19) in einer mechatronischen Konfiguration ausgebildet sind.

6. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekodier- und Klangfeldeffekt-Verarbeitungseinheit (20) eine Digital- Audioquelle (1), ein Digital-Audioquellen-Eingangs-Interface (2), eine Analog-Audiosignalquelle (3), ein Analog-Audiosignalquellen-Eingangs- Interface (4), einen Analog-/Digital-Konverter (5), eine Gate-Schaltung (6) und einen Akustikeffekt-Prozessor (7) aufweist, der zwei oder mehr Kanäle digitaler Audio-Signale an die Steuer- und Kodiereinheit (18) ausgeben kann.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautstärke- und Funktions-Controller (9) die Gate-Schaltung (6) und den Akustikeffekt-Prozessor (7) steuern kann.

8. System nach Anspruch 1 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet; dass Parameter wie z. B. die Abschneidefrequenz bzw. die Abschneidefrequenzen, die Amplituden-Frequenz-Korrektur, die Phasen-Frequenz- Korrektür und die Spitzen-Wert-Korrektur des Digital-Soundboxeinheit- Signal-Prozessors (14) in der Digital-Soundbox-Einheit (19) mittels einer Lautsprecher-Parameter-Einstelleinheit (12) eingestellt werden können.