DE10236307A9 - Circuit for correcting the acoustic group delay and the frequency-dependent phase behavior for sound transducers - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist eine Schaltung zur Korrektur der akustischen Gruppenlaufzeit und damit des frequenzabhängigen Phasenverhaltens für Schallwandler (1), die elektrische Signale durch mechanische Bewegung in Schall umwandeln. Um das frequenzabhängige Phasen- und Gruppenlaufzeitverhalten von Schallwandlern (1) zu einem linearen Verhalten im Sinne einer gleichzeitigen Abstrahlung der unterschiedlichen Frequenzen mit geringem technischen Aufwand zu optimieren, ist parallel zum Schallwandler (1) und von diesem aus gesehen vor jeder weiteren Schaltung wenigstens eine Kombination (C1, R1; C2, R2, C3, R3; C4, R4) aus jeweils einem kapazitiven Wert aus wenigstens einem Kondensator (C1, C2, C3, C4) und jeweils wenigstens einem Widerstandswert aus wenigstens einem Widerstand (R1, R2, R3, R4) und/oder einem induktiven Wert aus wenigstens einer Induktivität angeordnet und sind bei jeder Kombination der kapazitive Wert und der Widerstandswert bzw. induktive Wert in Reihe geschaltet.A circuit is shown and described for correcting the acoustic group delay and thus the frequency-dependent phase behavior for sound transducers (1), which convert electrical signals into sound by mechanical movement. In order to optimize the frequency-dependent phase and group delay behavior of sound transducers (1) to a linear behavior in the sense of a simultaneous emission of the different frequencies with little technical effort, at least one combination is parallel to the sound transducer (1) and seen from this before each further switching (C1, R1; C2, R2, C3, R3; C4, R4) each from a capacitive value from at least one capacitor (C1, C2, C3, C4) and in each case at least one resistance value from at least one resistor (R1, R2, R3 , R4) and / or an inductive value from at least one inductor and with each combination the capacitive value and the resistance value or inductive value are connected in series.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Korrektur der akustischen Gruppenlaufzeit und damit des frequenzabhängigen Phasenverhaltens für Schallwandler, die elektrische Signale durch mechanische Bewegung in Schall umwandeln.The invention relates to a circuit to correct the acoustic group delay and thus the frequency-dependent phase behavior for transducers, convert the electrical signals into sound through mechanical movement.
Die menschlichen Ohren sind bekanntlich in der Lage, die Richtung und Entfernung einer Schallquelle recht genau zu bestimmen. Da der Abstand zwischen beiden Ohren relativ gering ist, er beträgt ca. 17 cm, muss das menschliche Ohr auch geringe Unterschiede bezüglich der Schallintensität, der Laufzeit und der Phasenlage des eintreffenden Signals auswerten. Dabei ist das menschliche Gehör in der Lage, Richtungsunterschiede im Bereich des Gesichtsfeldes bis zu einer Genauigkeit von drei Grad wahrzunehmen. Dies entspricht einer Laufzeitdistanz von ca. 0,28 cm oder einer Laufzeitdifferenz von 0,0082 ms. In der stereophonen Mikrophontechnik sind diese Phänomene hinreichend beschrieben.The human ears are known able to find the direction and distance of a sound source quite to determine exactly. Because the distance between both ears is relative is small, it is approx. 17 cm, the human ear must also have slight differences in terms of Sound intensity, evaluate the transit time and phase of the incoming signal. Here is the human ear able to find directional differences in the field of vision perceive to an accuracy of three degrees. This matches with a maturity distance of approx. 0.28 cm or a maturity difference of 0.0082 ms. These phenomena are sufficient in stereophonic microphone technology described.
Speziell im Bereich von Lautsprechern ergeben sich über das abgestrahlte Frequenzspektrum hinweg erhebliche Laufzeit- bzw. Phasenprobleme. Diese werden bis heute üblicherweise nicht im ausreichenden Maße korrigiert. Hier ist bekannt, wenn auch nicht allgemein üblich, die unterschiedlichen Lautsprecherchassis mechanisch zueinander zu versetzen, um die Laufzeitprobleme zwischen Hoch-, Mittel- und Tieftönen zu bewältigen, indem die akustischen Zentren der Lautsprecherchassis auf eine Entfernungsebene zum Hörer gebracht werden. Diese bekannte Maßnahme wird jedoch von der überwiegenden Zahl der Hersteller nicht eingesetzt, da offenbar die Notwendigkeit hierzu nicht gesehen wird. Dies zeigt, dass die Notwendigkeit, Phasendrehungen innerhalb einzelner Lautsprecherchassis über das von diesen abgestrahlte Frequenzspektrum zu kompensieren, nicht zum Stand der Technik gehört.Especially in the area of loudspeakers arise over the radiated frequency spectrum has considerable runtime or Phase problems. To date, these are usually not sufficient Corrected dimensions. The different loudspeaker chassis are known, although not generally common, here mechanically offset to each other to the runtime problems between High, medium and low tones to manage something, by placing the acoustic centers of the speaker chassis at a distance level to the listener to be brought. However, this known measure is predominant Number of manufacturers not used because the need is evident this is not seen. This shows that the need for phase shifts within individual loudspeaker chassis over the one emitted by them To compensate for the frequency spectrum is not part of the prior art.
Bekannt sind weiter sogenannte aktive
Regelungen des akustischen Phasenverhaltens bzw, der akustischen
Gruppenlaufzeit von Lautsprechern, die sich in der vorgeschalteten
Elektronik befinden. Dazu sieht die
Aus der
Schließlich ist aus der
Des weiteren ist es allgemein bekannt, dass die Lautsprecherimpedanz bei zunehmenden Frequenzen ansteigt. Zur Impedanzkorrektur bzw. -entzerrung ist daher der Einsatz unterschiedlicher Frequenzweichen ausführlich in der Fachliteratur beschrieben.Furthermore, it is generally known that the speaker impedance increases with increasing frequencies. The use of different types of impedance correction or equalization is therefore different Crossovers in detail described in the specialist literature.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltung zur Korrektur der akustischen Gruppenlaufzeit und damit des frequenzabhängigen Phasenverhaltens von Schallwandlern so ausgestalten und weiterzubilden, dass das frequenzabhängige Phasen- und Gruppenlaufzeitverhalten von Schallwandlern zu einem linearen Verhalten im Sinne einer gleichzeitigen Abstrahlung der unterschiedlichen Frequenzen optimiert wird. Ferner soll diese Schaltung mit geringem technischen Aufwand realisiert werden.Against this background, the Invention based on the object, the circuit mentioned to correct the acoustic group delay and thus the frequency-dependent phase behavior of sound transducers designed and further developed so that the frequency-dependent Phase and group delay behavior of sound transducers into one linear behavior in the sense of a simultaneous radiation of the different frequencies is optimized. This circuit is also intended can be realized with little technical effort.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass parallel zum Schallwandler und von diesem aus gesehen vor jeder weiteren Schaltung wenigstens eine Kombination aus jeweils einem kapazitiven Wert aus wenigstens einem Kondensator und jeweils wenigstens einem Widerstandswert aus wenigstens einem Widerstand und/oder einem induktiven Wert aus wenigstens einer Induktivität angeordnet ist und dass bei jeder Kombination der kapazitive Wert und der Widerstandswert bzw. induktive Wert in Reihe geschaltet sind.This task is solved in that parallel to the transducer and seen from this in front of everyone another circuit at least a combination of one capacitive value from at least one capacitor and at least each a resistance value from at least one resistor and / or one inductive value from at least one inductor is arranged and that at each combination the capacitive value and the resistance value or inductive value are connected in series.
Die erfindungsgemäße Schaltung ist sowohl in der Lage, die Phasensprünge zwischen Lautsprecherchassis aufgrund unterschiedlicher Entfernungen der akustischen Zentren zum Hörer als auch die Phasendrehungen einzelner Lautsprecherchassis über das von ihnen abgestrahlte Frequenzspektrum hinweg zu kompensieren. Klanglich wirkt sich diese Schaltung aus, indem die räumliche Staffelung des musikalischen Geschehens deutlich verbessert wird. Einzelne Instrumente werden ortbarer und besitzen über ihr gesamtes Frequenzspektrum eine feste Positionierung im Raum, gleichzeitig wird der Tiefe des abgebildeten Raumes größer. Die Dynamik des klanglichen Geschehens wächst und die klangfarbliche Definition des gesamten Klangbildes wie auch einzelner Instrumente wird deutlich richtiger.The circuit according to the invention is both in able to make the phase jumps between speaker chassis due to different distances the acoustic centers to the listener as well as the phase shifts of individual speaker chassis via that to compensate for the frequency spectrum emitted by them. This circuit has a tonal effect by the spatial Staggering of musical events is significantly improved. Separate Instruments are becoming more localized and have across their entire frequency spectrum a fixed positioning in the room, at the same time the depth of the depicted Room larger. The The dynamic of the sound process grows and the sound color Definition of the entire sound image as well as individual instruments becomes much more correct.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird das Problem, das frequenzabhängige akustische Phasenverschiebungen bzw. Gruppenlaufzeitverschiebungen bei Schallwandlern bereiten, deutlich verringert oder gar völlig beseitigt.Through the circuit according to the invention becomes the problem of frequency dependent acoustic phase shifts prepare group delay shifts for sound transducers, significantly reduced or even completely eliminated.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass jede Kombination einen kapazitiven Wert umfasst, welcher durch Induktivitäten und/oder Widerstände in der Stärke ihrer kapazitiven Wirkung abgestimmt ist.Another teaching of the invention provides that each combination comprises a capacitive value, which by inductors and / or contra stands in the strength of their capacitive effect.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werte der einzelnen parallelgeschalteten Kombinationen sich in der Gesamtdimensionierung ihrer kapazitiven Wirkung voneinander unterscheiden, gemäß noch weiterer Ausgestaltungen der Erfindung nehmen diese Werte vom Schallwandler aus gesehen zu.In a further embodiment of the invention it is envisaged that the values of the individual connected in parallel Combinations differ in the overall dimensioning of their capacitive Differentiate effect from each other, according to still further configurations According to the invention, these values increase from the sound transducer.
Weitere Schaltungsausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 5 bis 10 enthalten. Danach können parallel zum geschalteten Kondensatorwert ein widerstandswert oder eine Induktivität geschaltet sein, parallel zum geschalteten Widerstandswert ein Kondensatorwert oder eine Induktivität geschaltet sein oder eine Induktivität in Reihe zum geschalteten Kondensatorwert oder Widerstandswert geschaltet sein. Von der Erfindung sind auch jegliche Kombinationen der vorgenannten Schaltungsmöglichkeiten mit umfasst.Further circuit configurations are in the subclaims 5 to 10 included. After that you can a resistance value or in parallel with the switched capacitor value an inductance be switched, a capacitor value in parallel with the switched resistance value or an inductor be switched or an inductor in series with the switched capacitor value or resistance value. Of the invention are also any combinations of the aforementioned circuit options with includes.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist als Schallwandler wenigstens ein Lautsprecherchassis vorgesehen, der Schallwandler kann jedoch auch eine Lautsprecherbox mit wenigstens einem Lautsprecherchassis aufweisen. Auch kann die erfindungsgemäße Schaltung auf den Einsatz von Kopfhörern abgestimmt werden.According to a further teaching of the invention at least one loudspeaker chassis is provided as the sound transducer, however, the transducer can also have a loudspeaker box with at least one have a speaker chassis. The circuit according to the invention can also on the use of headphones be coordinated.
Schließlich ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Schaltung im Inneren eines Lautsprechergehäuses angeordnet ist. Alternativ, insbesondere zu Nachrüstungszwecken, kann die erfindungsgemäße Schaltung jedoch auch in einem eigenen separaten Gehäuse untergebracht sein. Auf diese Weise ist es möglich, vorhandene HiFi-Anlagen mit bereits vorhandenen Lautsprecherboxen weiter zu benutzen, indem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung lediglich, gewissermaßen als „Ergänzungsmodul" vor den Lautsprechereingang geschaltet wird.Finally, it is envisaged that the circuit according to the invention inside a speaker cabinet is arranged. Alternatively, especially for retrofitting purposes, However, the circuit according to the invention can also be accommodated in its own separate housing. On this way it is possible existing hi-fi systems with existing loudspeakers continue to be used by the circuit arrangement according to the invention only so to speak as a "supplementary module" in front of the loudspeaker input is switched.
Um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen, wird also beispielsweise ein Zeitglied aus einem Kondensatorwert/Widerstandswert zur Kompensation der Phasensprünge aufgrund unterschiedlicher Entfernungen der akustischen Zentren zum Hörer eingesetzt, ein weiteres Zeitglied wird zur Kompensation der Phasendrehungen der höheren abgestrahlten Frequenzen innerhalb eines Lautsprecherchassis eingesetzt und gegebenenfalls weitere Zeitglieder dienen zur Abstimmung tieferer abgestrahlter Frequenzen des Lautsprecherchassis und zur Feinregulierung des akustischen Phasenganges des Lautsprecherchassis. Allgemein lässt sich sagen, dass bei der Reihenschaltung der Bauteile zueinander die Einsatzfrequenz umso tiefer ist, je größer der Kondensatorwert bei der Reihenschaltung der Bauteile zueinander ist. Je kleiner der Widerstandswert bzw. die Induktivität sind, umso stärker ist die zu erreichende Phasendrehung. Zur Abgrenzung der Einsatzfrequenzen der einzelnen kapazitiven Werte voneinander sind Widerstandswerte und Induktionswerte notwendig.To the advantages of the invention To achieve, for example, a timer from a capacitor value / resistance value to compensate for the phase jumps due to different distances of the acoustic centers to the listener used, another timing element is used to compensate for the phase rotations the higher radiated frequencies used within a speaker chassis and, if necessary, additional timers are used to vote deeper ones radiated frequencies of the speaker chassis and for fine adjustment the acoustic phase response of the loudspeaker chassis. Generally let yourself say that when the components are connected in series, the Operating frequency is lower, the larger the capacitor value at the series connection of the components to each other. The smaller the Resistance value or inductance, the stronger the phase shift to be achieved. To delimit the frequencies of use of the individual capacitive values from each other are resistance values and induction values necessary.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigenThe invention is described below a merely representing a preferred embodiment Drawing closer explained. Show in the drawing
Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind parallel zu einem Schallwandler
In
Die Schaltung in Spalte
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Korrekturschaltung aus den Bauteilen R1041, C1041, R1061, C1061, R1081, C1081 und R1111 sowie C1111.In the illustrated embodiment the correction circuit consists of components R1041, C1041, R1061, C1061, R1081, C1081 and R1111 as well as C1111.
Es ist schnell ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Schaltung mit geringstem technischen Aufwand auskommt. Dennoch wird eine erhebliche Verbesserung der Klangqualität erreicht. Insbesondere bei der Wiedergabe klassischer Musik, wo in der Realität jedem Instrument in Bezug auf den Hörer ein fester Platz zugewiesen ist, lässt sich dieser feste Platz eines bestimmten Instrumentes auch virtuell fest abbilden, unabhängig vom unterschiedlichen Frequenzverhalten des betreffenden Instrumentes. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden einzelne Instrumente also ortbarer und besitzen über ihr gesamtes Frequenzspektrum eine feste Positionierung im' Raum. Dadurch wird die räumliche Staffelung des musikalischen Geschehens deutlich verbessert und die Tiefe des abgebildeten Klangraumes größer. Durch die feste Ortbarkeit einzelner Instrumente wirkt jedoch das Klangbild beim Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung keinesfalls statisch. Vielmehr wächst die Dynamik des klanglichen Geschehens und die klangfarbliche Definition ist deutlich stärker dem realen Klangbild eines unmittelbar gehörten Orchesters angepasst.It can quickly be seen that the circuit according to the invention manages with the least technical effort. Nevertheless, a significant improvement in the sound quality is achieved. Especially when playing classical music, where in reality every instrument is assigned a fixed place in relation to the listener, this fixed place of a certain instrument can also be virtually depicted independently of the different frequency behavior of the instrument in question. With the circuit according to the invention who the individual instruments are therefore more locatable and have a fixed positioning in space over their entire frequency spectrum. This significantly improves the spatial staggering of the musical events and increases the depth of the depicted sound space. Due to the fixed location of individual instruments, however, the sound image does not appear static when using the circuit according to the invention. Rather, the dynamics of the sound happening grow and the timbre definition is significantly more adapted to the real sound image of an orchestra that is immediately heard.
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