DE69203610T2 - Verfahren und gerät zur entzerrung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entzerrungsverfahren und eine Entzerrungseinrichtung für einen Tonfrequenzverstärker, der zur Schallwiedergabe bestimmt ist.
• Aus der US-A-4 755 771 ist eine Einrichtung zur Einstellung der Bandbreite einer Signalübertragungsstrekke in Abhängigkeit seiner Länge bekannt, wobei die Verstärkung der Einrichtung kontinuierlich eingestellt, durch den Spitzenwertdetektor kontrolliert und geführt wird.
• Bei der Schallwiedergabe besteht die Entzerrung entweder darin, eine klangliche Ausgeglichenheit zu erzielen, die dem Original so nahe wie möglich kommt, indem die Linearitätsfehler der Übertragungsfunktion des Wandlersystemes, das durch eine oder mehrere mit Lautsprechern versehene Lautsprecherboxen gebildet ist, korrigiert werden, was dem Begriff großer Klangtreue (Hi-Pi) entspricht, oder die Entzerrung erfolgt nach dem Geschmack des Hörers. In dem ersten Fall ist die Rolle der Entzerrungseinrichtung oder des Entzerrers eine rein technische, in dem zweiten Fall spielt der Entzerrer die Rolle einer technisch hoch entwickelten Korrektureinrichtung.
• Die Übertragungsfunktion einer Lautsprecherbox an einem Aufstellort weist zwei Störungstypen auf: Einerseits sehr hervortretende, zufällige Sägezähne und andererseits große Wellen. Am unteren Ende des Tonfrequenzspektrums mischen sich beide Störungstypen.
• Die zufälligen Sägezähne haben ihren Ursprung in der Wechselwirkung zwischen der direkten Schallwelle und den reflektierten Schallwellen. Wenn die direkte Schallwelle und die Resultierende der reflektierten Schallwellen in Phase sind, zeigt die Übertragungsfunktion eine Spitze über der Umgebung von 6dB im Vergleich zu dem reflexionsfreien Schalldruck, der nur durch die direkte Schallwelle verursacht ist. Wenn die Resultierende der reflektierten Schallwellen im Gegensatz dazu mit der direkten Schallwelle gegenphasig ist, zeigt die Übertragungsfunktion einen Einbruch und theoretisch kann sich der Schalldruck auslöschen.
• Die größeren Störungen sind, was sie anbetrifft, der Nichtlinearität der Übertragungsfunktion der Lautsprecherbox in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel zuzurechnen.
• Bei bekannten Entzerrungseinrichtungen wird die Entzerrung erhalten, indem in den Signalpfad permanent Bandfilter, die dazu vorgesehen sind, die Einbrüche der Übertragungsfunktion auszufüllen, sowie Bandsperren zwischengeschaltet werden, die dazu bestimmt sind, die Impulsspitzen abzuschneiden.
• Diese Verfahrensweise ergibt einerseits gute Resultate bei der Korrektur von Wellen, die von der Nichtlinearität der Übertragungsfunktion der Lautsprecherboxen herrühren, jedoch ruft sie einen umgekehrten Effekt hervor, wenn sie auf die Korrektur zufälliger Spitzen angewendet wird, die ihren Ursprung in der Überlagerung der direkten Welle und an einem Aufstellort reflektierter Wellen haben.
• Tatsächlich hat der Anmelder bei auf Übergangsvorgängen beruhenden Versuchen herausgefunden, daß die Überlagerung der Direktschallwelle mit den reflektierten Wellen fortschreitend zunimmt und ihren stationären Zustand erst zu Ende einer Zeitspanne erreicht, die bei einem Zimmer üblicher Größe 100 ms erreichen kann, bspw. bei einem Zimmer von 100 m³. Dieser Effekt kann als "örtlicher Effekt" bezeichnet werden.
• Nun ist eine Signalspitze, die von einem Einsatz eines Instrumentes herrührt, immer in den zehn ersten Millisekunden erreicht, wenn der örtliche Effekt noch nicht stattfindet. Das heißt, daß nur die direkte Schallwelle bei dem Zuhörer angekommen ist.
• Davon ausgehend, daß die herkömmlichen Entzerrer nur die zeitunabhängigen Erscheinungen berücksichtigen, ist die Wiedergabe zeitabhängiger Erscheinungen gänzlich auswegslos, wobei ein Instrumentaleinsatz, dessen Wesen einer Resonanzspitze entspricht, die durch einen herkömmlichen Entzerrer korrigiert wird, seine Signaldynamik um ungefähr 6 dB beschnitten sieht, und zwar im Verhältnis von 1 : 4 leistungsmäßig. Es ist das gleiche, wenn man einen Einbruch durch Einstellen einer ebenen Frequenz mit Hilfe eines traditionellen Entzerrers korrigiert, wobei man künstlich die Dynamik in diesem Frequenzbereich erhöht.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Entzerrerverfahren und eine Entzerrungseinrichtung zu schaffen, die Übergangsvorgänge berücksichtigt.
• Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Entzerrerverfahren und eine Entzerrereinrichtung anzugeben, die den örtlichen Effekt bei vollständiger Bewahrung der Originaldynamik von Einsätzen berücksichtigen.
• Das erfindungsgemäße Entzerrungsverfahren für die Verstärkung von Tonfrequenzsignalen besteht darin, ein erstes Mittel zur Korrektur der Übertragungsfunktion in stationärem Zustand vorzusehen, wenigstens ein zweites Korrekturmittel vorzusehen, das eine von dem ersten Korrekturmittel verschiedene Verstärkung aufweist und das zur Korrektur der Übertragungsfunktion für Übergangsvorgänge bestimmt ist, den Übergangsbetrieb zu unterscheiden und das Wechseln zwischen dem ersten Korrekturmittel und dem zweiten Korrekturmittel zu veranlassen.
• Vorzugsweise wird das Erkennen des Übergangsbetriebes und der Übergang von dem ersten Korrekturmittel zu dem zweiten Korrekturmittel während einer Zeitspanne, die kürzer als 5 ms ist, derart ausgeführt, daß unmittelbar mit Erhöhen der Verstärkung, wenn es sich um einen Einsatz handelt, oder mit Verringern der Verstärkung, wenn es sich um einen Einbruch handelt, reagiert wird.
• Zu Ende des Übergangsbetriebes findet ein Übergang statt, um von dem zweiten Korrekturmittel für den Übergangsbetrieb zu dem ersten Korrekturmittel für den stationären Betrieb überzugehen.
• Die Rückkehr zu dem ersten Korrekturmittel für den stationären Betrieb wird vorzugsweise progressiv von dem Halt des Signalanstieges an und über eine Dauer zwischen 30 und 100 ms durchgeführt, die in der Abhängigkeit von den Eigenschaften des Aufstellortes variabel ist. In vereinfachter Art und Weise ist das Umschalten nach einer kurzen Periode zwischen 30 und 100 ms in Bezug auf die Übergangsbetriebsart möglich.
• Die Entzerrungseinrichtung für einen erfindungsgemäßen Tonfrequenzverstärker weist ein erstes Korrekturmittel für stationären Betrieb, wenigstens ein zweites Korrekturmittel für Übergangsbetrieb mit einer Verstärkung, die von der des ersten Korrekturmittels verschieden ist, ein Unterscheidungsmittel für Übergangsbetrieb und ein Mittel zum Umschalten von dem ersten Korrekturmittel zu dem zweiten Korrekturmittel und umgekehrt auf, wobei das Umschaltmittel von dem Mittel zur Erkennung des Übergangsbetriebes gesteuert ist.
• Die Einrichtung kann ein Mittel zur zeitlichen Bemessung der Rückkehr zu dem ersten Korrekturmittel nach dem Übergangsbetrieb aufweisen. Das erste und das zweite Korrekturmittel können aus einer einzigen Baugruppe bestehen, deren Verstärkung durch einfaches Umschalten eines Widerstandes zwei Werte annehmen kann.
• Die Erfindung wird anhand der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die nicht zur beschränkenden Auslegung heranzuziehen ist, besser verstanden und in den beigefügten Zeichnungen illustriert, in denen:
• Die Fig. 1 ein Schaltplan eines herkömmlichen Entzerrers und
• die Fig. 2 ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen Entzerrers ist.
• Die Fig. 1 zeigt eine Entzerrereinheit bekannter Bauart. In dieser Einheit ist ein Operationsverstärker O2 als durch Widerstände R1 und R2 gleichen Wertes einstellbares Bandfilter geschaltet. Der Verstärker O2 ist über einen Spannungsteiler versorgt, der aus Widerständen R3 und R4 gebildet ist. Ein zweiter Verstärker O1 ist als die Phase invertierender Mischer mit der Verstärkung 1 geschaltet.
• Widerstände R5 und R6 mit variablen Werten bilden eine Potentiometeranordnung. Wenn der Wert von R5 gleich Null ist, ist das den Verstärker O2 verlassende Signal mit dem Eingangssignal des Verstärkers O1 in Phase. Die Verstärkung des Ganzen hat dann bei der Frequenz ein Maximum, die der des Verstärkers O2 entspricht.
• Wenn der Wert von R6 gleich Null ist, ist das Ausgangssignal des Verstärkers O2 in Gegenphase zu dem Eingangssignal des Verstärkers O1. Die Gesamtverstärkung hat dann-bei der Frequenz ein Minimum, die der des Verstärkers O2 entspricht.
• Wenn die Werte von R5 und von R6 gleich sind, ist die Signalspannung an dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R5 und R6 gleich Null, was gleichermaßen die Wirkung des Operationsverstärkers O2 eliminiert.
• Folglich wird die Verstärkung des Bandpaßfilters durch Einstellen des Verhältnisses R5/R6 und die Breite des Durchlaßbereiches durch Einstellen des Verhältnisses R3/R4 eingestellt.
• Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Entzerrereinrichtung, die als Basisschaltung die elektrische Schaltung nach Fig. 1 nutzt. In dieser Schaltung ist der Widerstand R5 fest und der Widerstand R6 durch ein Widerstandspaar R10 und R11 ersetzt.
• Die Einrichtung weist unter anderem einen Transistor T1 vom NPN-Typ, einen Spitzenwertgleichrichter O3 und einen Diskriminator O4 auf. Wenn der Transistor T1 leitend ist, ist der Widerstand R10 kurzgeschlossen.
• Erfindungsgemäß können die Verstärkung GT für den Übergangsbetrieb und die Verstärkung GS für den stationären Betrieb durch Verändern der entsprechenden Werte der Widerstände R5, R10 und R11 alle die Werte annehmen, die zwischen einem Maximalschwellwert und einem Minimalschwellwert liegen. Wird der Wert des Widerstandes R10 auf Null reduziert, ist der Transistor T1 kurzgeschlossen und die Einrichtung funktioniert dann wie die Einheit nach Fig. 1.
• Die Unterscheidung zwischen dem Übergangsbetrieb und dem stationären Betrieb erfolgt auf die folgende Weise. Das von dem Bandpaß O2 ausgegebene Signal O2 wird durch den Spitzenwertgleichrichter O3 gleichgerichtet, der mit dem Diskriminator O4 verbunden ist. Bei stationärem Betrieb steht der Ausgang des Diskriminators O4 auf "high", weil der Eingang (-) des Diskriminators O4 auf einem Potential liegt, das, verursacht durch einen durch Widerstände R13 und R14 gebildeten Spannungsteiler, etwas niedriger ist als das des Einganges (+) des Diskriminators. Der Transistor T1 ist leitend und schließt den Widerstand R10 kurz, was eine Verringerung der Verstärkung der Einrichtung zur Folge hat.
• Wenn sich die Modulation plötzlich erhöht, verursacht die Zeitkonstante der Schaltung R12/C4, daß das Potential des Einganges (-) des Diskriminators O4 das Potential des Einganges (+) des Diskriminators übersteigt. Der Ausgang des Diskriminators O4 kippt nach unten, was in der Folge den Transistor T1 nicht leitend macht. Die Verstärkung der Einrichtung steigt.
• Vorzugsweise erfolgt der Übergang zwischen den beiden Verstärkungen der Einrichtung mit Hilfe des Diskriminators bei einem Nulldurchgang des Signales. Dieses kann durch einen nicht dargestellten Nulldurchgangsdetektor vollbracht werden, der mit dem Diskriminator O4 verbunden ist.
• Nach dem Ansteigen der Modulation des Signales holt das Potential des Einganges (+) des Diskriminators 04 das des Einganges (-) des Diskriminators derart ein, daß dieser auf "high" zurück kippt. Der Transistor T1 wird wieder leitend und die Verstärkung der Einrichtung sinkt. Vorteilhafterweise wird das Zurückkippen des Diskriminators O4 nach einer Zeitspanne durchgeführt, deren Dauer zwischen 30 ms und 100 ms einstellbar ist.
• Auf diese Art wird das erwartete Ergebnis erhalten, nämlich eine dynamische Entzerrung, die den Übergangsbetrieb vollständig berücksichtigt. Die Einstellung des Diskriminators wird durch Verändern der Werte der Kondensatoren C3, C4 und der Widerstände R12, R13 und R14 bewirkt.
• Um anstelle einer Spitze einen Einbruch im Übergangsbetrieb zu behandeln, genügt es, den Transistor T1 vom NPN-Typ unter Verwendung der gleichen Schaltung wie in der Fig. 2 durch einen Transistor vom PNP-Typ zu ersetzen, um eine Verstärkung GT bei Übergangsbetrieb zu erhalten, die geringer ist als die Verstärkung GS in stationärem Betrieb.

Claims (10)

1. Entzerrungsverfahren für die Verstärkung von Tonfrequenzsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Korrekturmittel für die Übertragungsfunktion für den stationären Betrieb vorgesehen wird, daß wenigstens ein zweites Korrekturmittel, dessen Verstärkung (GT) von der Verstärkung (GS) des ersten Korrekturmittels verschieden ist, zum Korrigieren der Übertragungsfunktion für den transienten Betrieb vorgesehen wird, daß der transiente Betrieb erkannt wird, daß von dem ersten Korrekturmittel zu dem zweiten Korrekturmittel umgeschaltet wird, wenn der transiente Betrieb erkannt worden ist, und daß sodann nach dem transienten Betrieb in umgekehrtem Sinne zurückgeschaltet wird.

2. Entzerrungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen, das Unterscheiden und das Umschalten bei Vorliegen eines transienten Betriebes während einer Gesamtdauer durchgeführt wird, die kürzer ist als 5 ms.

3 Entzerrungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten von dem zweiten Korrekturmittel auf das erste Korrekturmittel nach einer Dauer erfolgt, die zwischen 30 ms und 100 ms im Verhältnis zu dem transienten Betrieb gewählt ist.

4. Entzerrungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von dem zweiten Korrekurmittel zu dem ersten Korrekturmittel von dem Ende des Anstieges des Signales fürtschreitend und in einer zwischen 30 ms und 100 ms gewählten Dauer erfolgt.

5. Entzerrungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Korrekturmittel bei einem Nulldurchgang des Signales erfolgt.

6. Entzerrungseinrichtung für einen Tonfrequenzverstärker mit einem ersten Korrekturmittel für stationären Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß es unter anderem wenigstens ein zweites Korrekturmittel für transienten Betrieb, dessen Verstärkung (GT) von der Verstärkung (GS) des ersten Korrekturmittels verschieden ist, einen Spitzenwertdetektor (O3), ein Diskriminatormittel (O4) für den transienten Betrieb, das mit dem Spitzenwertdetektor verbunden ist, ein Mittel zum Umschalten von dem ersten Korrekturmittel zu dem zweiten Korrekturmittel und umgekehrt aufweist, wobei das Mittel zum Umschalten durch das Diskriminatormittel gesteuert ist.

7. Entzerrungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Korrekturmittel durch eine einzelne Baugruppe gebildet werden, deren Verstärkung durch einfaches Umschalten eines Widerstandes (R10) zwei Werde annehmen kann.

8. Entzerrungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten des Widerstandes (R1) mittels eines Transistors (T1) erfolgt, der durch das Diskriminatormittel (O4) gesteuert ist.

9. Entzerrungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Nulldurchgangsdetektor aufweist, der mit dem Diskriminator (O4) verbunden ist, um das Umschalten während eines Nulldurchganges des Signales zu realisieren.

10. Entzerrungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein einstellbares, zeitbestimmendes Mittel für die Rückkehr von dem zweiten Korrekturmittel zu dem ersten Korrekturmittel nach dem transienten Betrieb aufweist.