DE69227681T2

DE69227681T2 - Anordnung zur Anhebung der Bassfrequenz eines Audiosignals

Info

Publication number: DE69227681T2
Application number: DE69227681T
Authority: DE
Inventors: Donn R. Burbank Ca 91501 Werrbach
Original assignee: Aphex Systems Ltd
Current assignee: Aphex Systems Ltd
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2012-08-11
Also published as: US5359665A; EP0583492B1; ATE173866T1; DE69227681D1; JPH06164271A; EP0583492A1

Description

1. Hintergrund der Erfindung

a. Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Audiosignal-Verarbeitungseinrichtungen bzw. Verarbeitungseinrichtungen für akustische Signale. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen, welche dazu verwendet werden, die in den unteren Frequenzen oder den Baßfrequenzen enthaltene Energiemenge gegenüber den höheren Frequenzbestandteilen zu erhöhen, ohne daß irgendein nachfolgender Tonfrequenzverstärker überlastet wird.

b. Beschreibung des Stand des Technik

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren eingesetzt worden, um die in den unteren Frequenzen oder den Baßfrequenzen enthaltene Energie gegenüber den höheren Frequenzbestandteilen zu erhöhen. Beispielsweise ist ein Satz von Bandpaß-Filtern, die jeweils eine einstellbare Dämpfung aufweisen, verwendet worden, um die Frequenzbestandteile innerhalb jedes Frequenzbandes gegenüber den Bestandteilen innerhalb der anderen Bänder zu verstärken bzw. hervorzuheben oder zu dämpfen. Wenn die Dämpfung des Bandpaß-Filters für untere Frequenzen so eingestellt wird, daß sie geringer als die Dämpfung der Bandpaß-Filter für höhere Frequenzen ist, werden die unteren Frequenzbestandteile gegenüber den höheren Frequenzbestandteilen verstärkt bzw. angereichert. Ein einzelner Filter, der gegenüber seiner Dämpfung für höhere Frequenzbestandteile eine geringere Dämpfung für untere Frequenzbestandteile zeigt, kann ebenfalls für diesen Zweck eingesetzt werden. Da jedoch üblicherweise der Spitzenpegel des akustischen Eingangssignals bzw. des Audioeingangssignals hauptsächlich durch den Spitzenpegel der unteren Frequenzbestandteile bestimmt wird, führt eine einfache "Vorverstärkung" der unteren Frequenzbestandteile häufig zu einer Überlastung der nachfolgenden Tonfrequenzverstärker.
Darüber hinaus ist die Multiband- bzw. Mehrfachband-Kompression eingesetzt worden, um die Baßbestandteile zu verstärken. Ein Multiband-Kompressionssystem teilt das akustische Signal bzw. das Audiosignal in getrennte Frequenzbestandteilbänder auf und komprimiert anschließend getrennt den Amplitudenbereich der Signale innerhalb dieser Bänder.
Die in den Baßbestandteilen gegenüber den höheren Frequenzen enthaltene Energie wurde weiterhin durch Kombinieren des Audioeingangssignals mit Subharmonischen des Audioeingangssignals gesteigert. Dieses Verfahren erhöht jedoch sehr oft wesentlich den Spitzenpegel des Signals.
Die US-A-4,249,042 offenbart einen Multiband-Kompressor, der einen Schaltungsaufbau zeigt, welcher einen Filter, einen Verstärker mit variablen Verstärkungsfaktor und einen Signalpegeldetektor in den Signalwegen für untere und höhere Frequenzen in ähnlicher Weise wie bei dem Baßsignalweg der vorliegenden Erfindung enthält.

2. Zusammenfassung der Erfindung

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, teilt das Eingangssignal in zwei Teile auf, den ersten Teil, der direkt zu dem Ausgang dieser Vorrichtung hindurchgeführt wird. Der zweite Teil geht durch ein Tiefpaßfilter hindurch, das nur die Baßbestandteile des Eingangssignals hindurchläßt und eine frequenzabhängige Phasenverschiebung auf diese Baßbestandteile bewirkt. Die Baßbestandteile gehen anschließend durch einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor hindurch und werden daraufhin mit dem ersten Teil des akustischen Signals wieder kombiniert. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit variablem Verstärkungsfaktor wird in Übereinstimmung mit dem Pegel der Baßbestandteile so verändert, daß der gleiche Ausgangspegel über einen weiten Bereich an Eingangspegeln vorhanden ist. Demzufolge stellt die Vorrichtung eine größere Verstärkung bzw. Anreicherung der Baßsignale bereit, wenn die Baßsignale bei einem unteren Pegel liegen, und eine geringere Verstärkung bzw. Anreicherung bereit, wenn die Baßsignale bei einem höheren Pegel liegen, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Überlastung jedes nachfolgenden Tonfrequenzverstärkers verringert wird. Infolge der Amplitude und der Zeitbeziehungen zwischen den akustischen Signalen bzw. den Audiosignalen in den beiden Wegen erzeugt die Wiedervereinigung der beiden Teile des Eingangssignals eine sich dynamisch ändernde Übertragungsfrequenz und eine längere Dauer der Baßfrequenzen.

3. Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Erfindung.

4. Ausführliche Beschreibung

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Das akustische Signal bzw. das Audiosignal wird einem Signalteiler 1 eingegeben, der das Audiosignal in einen ersten und einen zweiten Teil aufteilt. Der erste Teil des Eingangssignals wird einer Kombiniereinrichtung 4 eingegeben, wo es mit der Audiosignalausgabe aus dem Verstärker 3 mit variablen Verstärkungsfaktor "gemischt" oder kombiniert wird. Der zweite Teil des Eingangssignals wird einem Tiefpaßfilter 2 eingegeben, der nur die unteren Frequenzbestandteile, d. h. die Baßfrequenzen, die in dem zweiten Teil des Eingangssignals enthalten sind, hindurchläßt. Die Baßfrequenzausgaben aus dem Tiefpaßfilter 2 werden einem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben, der die Baßfrequenzen verstärkt. Eine Schaltung innerhalb eines Signalpegeldetektors 5 erfaßt den Amplitudenpegel der Signalausgabe aus dem Tiefpaßfilter 2 und gibt eine Steuerspannung an den Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor aus, um im wesentlichen den gleichen Ausgabepegel über einen weiten Bereich der Eingabepegel bereitzustellen, so daß der maximale Pegel des Baßsignals, das von dem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor ausgegeben wird, nicht einen vorbestimmten Pegel überschreitet.
Die Signalausgabe aus dem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor wird anschließend in der Kombiniereinrichtung 4 mit dem ersten Teil des akustischen Eingangssignals kombiniert oder gemischt, um das verstärkte bzw. enhancte Audiosignal zu schaffen, daß von der Vorrichtung ausgegeben wird. Durch Vorauswahl kann die Polarität der Signalausgabe aus dem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor gegenüber der Signaleingabe in den Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor invertiert werden oder nicht.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein Sallen-Key-Tiefpaßfilter zweiter Ordnung, das eine Grenzfrequenz von 80 hz aufweist, dient als Tiefpaßfilter 2.
Die variable Dämpfung 10 in dem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor stellt den Pegel der Verstärkung der Baßsignale ein, die einen geringen Signalpegel aufweisen. Ein Steilheitsoperationsverstärker 11 dient als Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor. Ein Potentiometer 12 ist so eingestellt, daß die Verschiebung in der Gleichspannung an der Ausgabe des Verstärkers 11 minimiert wird, wobei die Steuerspannungs-Signalpegel sich verändern.
Ein Darlington-Transistor 13 puffert die Ausgabe des Verstärkers 11. Das Potentio meter 14 wird verwendet, um die obere Grenze des Baßsignalpegels einzustellen, der an die Kombiniereinrichtung 4 ausgegeben wird. Ein Widerstand 15 bildet einen Gleichspannungs-Referenzpegel für die Vorrichtung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das verstärkte Baßsignal, das der Kombiniereinrichtung 4 zugeführt wird, gegenüber dem Baßsignal, das dem Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben wird, invertiert. Wo es jedoch wünschenswert ist, kann ein Invertierungsverstärker gegen einen der Nicht-Invertierungsverstärker innerhalb des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsfaktor ersetzt werden, um ein nicht-invertiertes Baßsignal der Kombiniereinrichtung 4 zuzuführen.
Ein Zweiweg- bzw. Vollwegleichrichter 16 wird in Kombination mit dem Steilheitsoperationsverstärker 17 verwendet, der von den Transistoren 18, 19 und dem Darlington-Transistor 20 gefolgt wird, um eine Spannung in Erwiderung auf den Pegel des Baßsignals zu erzeugen. Die Spannungsausgabe aus dem Darlington- Transistor 20 arbeitet wiederum über einen Widerstand 25, um die Stromverstärkung zu steuern, die durch den Steilheitsoperationsverstärker 1 l bereitgestellt wird. Eine Baßsignaleingabe an dem Vollweggleichrichter 16 veranlaßt die Spannung an dem Ausgang des Verstärkers 17, sich in eine negative Richtung zu bewegen, was wiederum den Transistor 18 veranlaßt, damit zu beginnen, den Strom zu leiten, was wiederum den Transistor 19 veranlaßt, damit zu beginnen, leitend zu werden, wodurch eine Kapazität 21 veranlaßt wird, damit zu beginnen, sich über einen Verzögerungswiderstand 22 zu entladen. Der Darlington-Transistor 20 puffert die Spannung über die Kapazität 21, deren Spannung in einen Strom über den Widerstand 25 konvertiert verwendet wird, um die Verstärkung zu steuern, die durch den Steilheitsoperationsverstärker 11 bereitgestellt wird.
Das LED und anderen Bestandteile innerhalb der unterbrochenen Linien 9 reagieren auf die Veränderung in der Spannung über der Kapazität 21, um eine visuelle Anzeige des Betriebes des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsfaktor bereitzustellen.

Claims

1. Verarbeitungsvorrichtung für akustische Signale zur Verstärkung der Baßfrequenzanteile eines akustischen Eingangsignals, aufweisend:

einen Signalteiler (1) zur Aufteilung des akustischen Eingangssignals in einen ersten und einen zweiten Teil, wobei der erste Teil alle Frequenzanteile des akustischen Eingangssignals enthält,

ein Tiefpaßfilter (2), wobei der zweite Teil des akustischen Eingangssignals in das Tiefpaßfilter eingegeben wird und das Tiefpaßfilter die Baßfrequenzanteile des zweiten Teils des akustischen Eingangssignals ausgibt und bei den Baßfrequenzanteilen einen frequenzabhängigen Phasensprung bewirkt, einen Verstärker (3) mit variablem Verstärkungsfaktor, wobei die vom Tiefpaßfilter (2) ausgegebenen Baßfrequenzanteile in den Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben werden und der Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor das Eingangssignal verstärkt und verstärkte Baßfrequenzanteile ausgibt,

einen Signalpegeldetektor (5), der in Reaktion auf allein das Amplitudenniveau der Baßfrequenzanteile ein Ausgangssignal liefert, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (3) mit variablem Verstärkungsfaktor vom Ausgang des Signalpegeldetektors abhängt, so daß der Signalpegel der vom Verstärker (3) mit variablem Verstärkungsfaktor ausgegebenen Baßfrequenzanteile über ein breites Spektrum von Signalpegeln, die in den Verstärker (3) mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben werden, im wesentlichen gleich ist,

eine Signalkombiniereinrichtung (4), die den unveränderten ersten Teil des akustischen Eingangssignals, der vom Signalteiler (1) ausgegeben wird, mit den verstärkten Baßfrequenzanteilen kombiniert, wobei die kombinierten Signale von der Signalkombiniereinrichtung (4) als akustisches Signal mit verstärkten Baßfrequenzanteilen ausgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ausgangssignal des Verstärkers (3) mit variablem Verstärkungsfaktor gegenüber dem in den Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben Signal invertiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ausgangssignal des Verstärkers (3) mit variablem Verstärkungsfaktor gegenüber dem in den Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor eingegeben Signal nicht invertiert ist.