NL9101067A - Laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen. - Google Patents

Description

UITTREKSEL

Een laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen wordt beschreven, welke frequentiecomponent-scheidingsmiddelen omvat voor het scheiden van het audiosignaal afkomstig van een voorafbepaalde audiosignaalbron in een laagfrequent componentsignaal onder een voorafbepaalde frequentie en een hoogfrequent componentsignaal boven de voorafbepaalde frequentie om gescheiden het laagfrequent componentsignaal en het hoogfrequent componentsignaal uit te voeren. Variabele vertragingsmiddelen vertragen het laagfrequent componentsignaal zodanig, dat de vertragingstijd toeneemt met toenemende frequentie. Gefixeerde vertragingsmiddelen vertragen het hoogfrequent componentsignaal met een gefixeerde vertragingstijd die vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd die door de variabele vertragingsmiddelen is ingesteld voor de voorafbepaalde frequentie. Mengmiddelen combineren de door de twee vertragingsmiddelen afgegeven vertraagde signalen.

Op deze manier wordt helderheid en scherpte verkregen voor het laagfrequent gebied en tegelijkertijd wordt geluid niet onnatuurlijk voor het hoogfrequent gebied.

Titel: Laagfrequent compensatieketen voor audicsignalen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen, en in het bijzonder op een keten die in staat is de audiorespons-karakteristieken voor de laagfrequent component bij reproduktie van audiosignalen te verbeteren.

Voor de reproduktie van audiosignalen worden in het algemeen vaak de frequentie- amplitudekarakteristieken vlak gemaakt of de frequentie- fasekarakteristieken lineair gemaakt. Emfase van laagfrequent geluid werd slechts tot stand gebracht door de laagfrequent component te versterken, en hoewel de geluidsterkte bij de lage frequenties was toegenomen, was het niet mogelijk duidelijkheid en scherpte te bereiken.

In het algemeen is het bekend, dat het geluidsorgaan van een mens verschillende gevoeligheidstijden heeft, afhankelijk van de frequentie van het geluid. Zoals aangeduid in fig. 8 neemt de gevoeligheidstijd toe met afnemende frequentie en neemt deze af met toenemende frequentie. Om deze reden wordt zelfs een scherp transiënt geluid waargenomen als een niet zo scherp geluid, wanneer de frequentie afneemt, wanneer het door middel van oren wordt gehoord.

Tot nu toe wordt vrijwel geen compensatie van de fasekarakteristiek (ten opzichte van de frequentie) tot stand gebracht in een audiosignaal uitzendend systeem. Als een reden hiervoor wordt genoemd, dat het gehoororgaan van een mens vrijwel ongevoelig is voor de fase. Bij wijze van voorbeeld kan synthese van een fundamentele golf met een derde harmonische golf plaatsvinden op de wijzen zoals aangeduid in fig. 11A of 11B. Hoewel de faserelaties tussen de fundamentele golf en de derde harmonische golf verschillende zijn voor de fig. 11A en 11B, is het bekend dat het verschil daartussen voor het gehoororgaan klein is.

Recent echter zijn fysiologische en psychologische onderzoeken met betrekking tot het gehoororgaan zover gevorderd, dat het mogelijk is de karakteristieken van vertragingstijd tegen de frequentie van het gehoororgaan te meten.

Figuur 12 toont een voorbeeld van fysiologische experimenteren aan het gehoororgaan van een kat (zie De Boer: "Synthetic whole nerve action potentials", J. Acoust. Soc.. Am,, Vol. 58, No. 5, blz. 1034, november 1975), en figuur 8 toont een voorbeeld van resultaten gemeten door de uitvinders van de onderhavige uitvinding. In beiden is de vertragingstijd korter voor hogere frequenties dan voor lagere frequenties.

Dit betekent dat het signaal van de in fig. 11A aangeduide golfvorm op dezelfde wijze wordt waargenomen als het signaal van de in fig. 11B aangeduide golfvorm.

In een breedbandig audiosignaalsysteem is het voldoende de bovenbeschreven fasekarakteristiek van het gehoororgaan niet zo serieus in rekening te nemen, De grootte van verschillende frequentiecomponenten blijft vrijwel onveranderd, wanneer originele geluiden direkt worden gehoord en wanneer door een breedbandig signaalsysteem afgegeven . geluiden worden gehoord. In beide gevallen wordt de ... laagfrequent component met enige vertraging gehoord, en het is onnodig de fasekarakteristieken van het signaalsysteem specifiek te variëren.

In een smalbandig signaaloverdrachtsysteem vindt echter verlies plaats van de hoogfrequent component van het signaal, als deze wordt verzwakt, en gereproduceerd geluid is verre van een reproduktie van het originele geluid met hoge betrouwbaarheid. Het is om deze reden dat middengolf AM-radio met minder helderheid en scherpte wordt gehoord dan FM. D.w.z. door een bekend smalbandig signaaloverdraagsysteem gereproduceerd geluid heeft een nadeel dat de stijging van de golfvorm slechter is, zoals aangeduid in fig. 11B, wanneer het door het gehoororgaan wordt geleid. Om het voornoemde nadeel te verwijderen, hebben de uitvinders van de onderhavige uitvinding reeds een keten voorgesteld waarin de vertragingskarakteristieken worden gevarieerd over het gehele audio-frequentie bereik, afhankelijk van de frequentie, zoals beschreven in de Japanse octrooiaanvrage 60-144966 (JP-P-62-5713A).

In de in deze aanvrage beschreven uitvinding werd bijvoorbeeld een in fig. 10 weergegeven keten gebruikt om te veroorzaken dat hogere frequentiecomponenten meer worden vertraagd dan lagere frequentiecomponenten zodat het relatieve perceptie tijdverschil wordt verwijderd over de gehele audio-frequentieband.

In fig. 10 duidt het verwijzingscijfer 27 een frequentiescheider aan; 28 is een vertragingsketen die bestaat uit meerdere vertragingslijnen met verschillende vertragingstijden; en 29 is een opteller.

Een audiosignaal wordt door de frequentiescheider 27 gescheiden in N kanalen van frequentiebanden. Het aldus in de verschillende frequentiebanden gescheiden signaal wordt opnieuw samengesteld door de opteller 29 door de vertragingsketen 28. Aangezien het signaal zodanig is vertraagd dat hogere frequentiecomponenten met langere vertragingstijden zijn vertraagd, worden in dit geval de frequentie-vertragingstijd karakteristieken van het gehoororgaan gecompenseerd.

De bovenbeschreven constructie had echter een nadeel, dat, hoewel helderheid en scherpte voor het lage frequentiegebied werden bereikt, transiënt geluid scherp werd in de golfvorm in het hogere frequentiegebied en het geluid is onnatuurlijk.

Doel van de onderhavige uitvinding is het oplossen van de problemen van de bekende techniek, en derhalve het verschaffen van een laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen, waardoor helderheid en scherpte worden bereikt voor het laagfrequent gebied en tegelijkertijd geluid niet onnatuurlijk wordt voor het hoogfrequent gebied.

Om dit doel te bereiken, omvat een laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen volgens de onderhavige uitvinding: frequentie-componentscheidingsmiddelen voor het scheiden van een van een voorafbepaalde audiosignaalbron afkomstig audiosignaal in een laagfrequent-componentsignaal onder een voorafbepaalde frequentie en een hoogfrequent-componentsignaal boven de voorafbepaalde frequentie om gescheiden het laagfrequent componentsignaal en het hoogfrequent-componentsignaal af te geven; variabele vertragingsmiddelen voor het vertragen van het laagfrequent-componentsignaal zodat de vertragingstijd toeneemt met toenemende frequentie; gefixeerde vertragingsmiddelen voor het vertragen van het hoogfrequent-componentsignaal met een gefixeerde , vertragingstijd, welke vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd die is ingesteld voor de voorafbepaalde frequentie door het variabele vertragingsmiddel; en mengmiddelen voor het combineren van de door de twee vertragingsmiddelen afgegeven vertraagde signalen.

In de bovenbeschreven compensatieketen scheidt een frequentie-scheidingsorgaan de frequentiecomponenten van het ingevoerde audiosignaal in een laagfrequent-componentsignaal en een hoogfrequent-componentsignaal boven de voorafbepaalde frequentie.

Dat wil zeggen, het laagfrequentsignaal wordt ingevoerd in het variabele vertragingsorgaan, waarbij de vertragingstijd toeneemt met toenemende frequentie van het signaal. Anderzijds wordt het hoogfrequentsignaal ingevoerd in het gefixeerde vertraginsörgaan, dat het signaal vertraagt met een gefixeerde vertragingstijd die vrijwel gelijk is aan de door het variabele vertragingsorgaan ingestelde vertragingstijd voor de voorafbepaalde frequentie.

Dan worden de uitgevoerde signalen van het variabele vertragingsorgaan en het gefixeerde vertragingsorgaan gecombineerd door het signaalmengorgaan om uitgevoerd te worden. Voor dit uitgangssignaal neemt de vertragingstijd toe met toenemende frequentie voor het laagfrequentsignaal en blijft constant voor het hoogfrequentsignaal. Op deze manier is het mogeiijk de responskarakteristiek op het gehoororgaan bij de reproduktie van laagfrequent geluiden te verbeteren, en kunnen in het laagfrequentgebied geluiden worden verkregen die helder en scherp zijn met een scherpe stijging in transiënt geluid.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden verduidelijkt door beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding, onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een blokdiagram is die een uitvoeringsvorm weergeeft van de laagfrequent-compensatieketen voor audiosignalen volgens de onderhavige uitvinding; fig. 2 een grafiek is die de frequentie-vertragingstijd karakteristieken van de in fig. 1 weergegeven keten toont; fig. 3 een blokdiagram is dat een concreet voorbeeld van de frequentiescheider weergeeft; fig. 4 een grafiek is die de uitgangskarakteristiek van de in fig. 3 weergegeven frequentiescheider toont; fig. 5 een blokdiagram is dat een concreet voorbeeld van de actieve all band doorlaatketen weergeeft; fig. 6 een grafiek is die de uitgangskarakteristieken van de in fig. 5 weergegeven keten toont; fig. 7 een ketendiagram is die een concreet voorbeeld van de gefixeerde vertragingsketen toont; fig. 8 een grafiek is die de frequentie-vertragingstijd karakteristieken van het gehoororgaan weergeeft; fig. 9 een blokdiagram is dat een ander concreet voorbeeld van de frequentiescheider toont; fig. 10 een blokdiagram is dat een voorbeeld van een bekende compensatieketen toont; de fig. 11A en 11B een gemengde golfvorm van een fundamentele golf en een derde harmonische golf tonen; fig. 12 een grafiek is die een voorbeeld van frequentie-vertragingstijd karakteristieken van het gehoororgaan toont; en fig. 13 een blokdiagram is dat een voorbeeld van het variabele vertragingsorgaan toont.

Fig. 1 is een blokdiagram dat een voorbeeld van de laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen volgens de onderhavige uitvinding toont. Zoals aangeduid in deze figuur, bestaat deze compensatieketen uit een frequentiescheider 1 die dient als frequentiecomponent-scheidingsorgaan, een actieve all band doorlaatketen 2 die dient als variabel vertragingsorgaan, een gefixeerde vertragingsketen 3 die dient als gefixeerd vertragingsorgaan, en een opteller 4 die dient als mengorgaan.

Een audiosignaal wordt ingevoerd in de frequentiescheider 1. Deze frequentiescheider 1 is zo geconstrueerd, dat het audiosignaal wordt gescheiden in een laagfrequent component onder een voorafbepaalde frequentie fo en een hoogfrequent component boven de voorafbepaalde frequentie fo. In de onderhavige uitvoeringsvorm is de voorafbepaalde frequentie fo gekozen bij ongeveer 500Hz tot 2kHz.

De laagfrequent component wordt ingevoerd in de actieve all band doorlaatketen 2, waarin deze wordt vertraagd in afhankelijkheid van de frequentie. D.w.z. de actieve all band doorlaatketen 2 is zodanig geconstrueerd dat de vertragingstijd toeneemt met toenemende frequentie en dat de vertragingstijd bij de voorafbepaalde frequentie fo, welke "Χίο is, het langst is.

Anderzijds wordt de hoogfrequentcomponent ingevoerd in de gefixeerde vertragingsketen 3, waar deze vertraagd wordt met een tijd die vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd tfo voor de voorafbepaalde frequentie fo in de actieve all band doorlaatketen 2.

De uitgangssignalen van de actieve all band doorlaatketen 2 en de gefixeerde vertragingsketen 3 worden gezonden naar de opteller 2 om daar gecombineerd te worden, en een vertraagd gemengd signaal wordt uitgevoerd waarin de stijging van transiënt geluid in het laagfrequent gebied van het audiosignaal scherp is.

Fig. 2 geeft frequentie-vertragingstijd karakteristieken van de uitgang van de aldus geconstrueerde opteller 4 weer.

Zoals uit deze figuur blijkt, wordt in het laagfrequent gebied onder de voorafbepaalde frequentie fo de vertragingstijd vermeerderd door de actieve all band doorlaatketen 2 met toenemende frequentie, en is de vertragingstijd bij de voorafbepaalde frequentie fo het grootst, welke gelijk is aan Xf0. Anderzijds wordt boven de voorafbepaalde frequentie fo de vertragingstijd bij een constante waarde gehouden welke vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd xfo, zoals weergegeven door een volle lijn A of een punt-streeplijn B in fig. 2. Dankzij deze karakteristieken kan helder en scherp geluid worden verkregen in het laagfrequent gebied en bovendien wordt een onnatuurlijk gevoel vermeden, dankzij het feit, dat de vertragingstijd in het hoogfrequent gebied constant is.

Thans zal de concrete constructie van de frequentiescheider 1, de actieve all band doorlaatketen 2 en de gefixeerde vertragingsketen 3 in detail worden verduidelijkt.

Ten eerste, zoals aangeduid in fig. 9, kan de frequentiescheider bestaan uit een laagdoorlaatfilter LPF en een hoogdoorlaatfilter HPF waarvan de frequentie-amplitude karakteristieken elkaar snijden bij de voorafbepaalde frequentie fo, zoals aangeduid in fig. 4. In de praktijk is het moeilijk vlakke karakteristieken zoals weergegeven in fig. 4 te verkrijgen. Teneinde vlakkere frequentie karakteristieken te verkrijgen, kan daarom de frequentiescheider 1 zijn geconstrueerd zoals weergegeven in fig. 3. In dit voorbeeld worden daarvoor een laagdoorlaatfilter 10 en een verschilversterker 11 gebruikt.

Het audiosignaal wordt ingevoerd in het laagdoorlaatfilter 10 om een uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter LPF te verkrijgen in het voorafbepaalde laagfrequentgebied, en tegelijkertijd worden het uitgangssignaal en het bovengenoemde audiosignaal ingevoerd in de verschilversterker 11 om het bovengenoemde uitgangssignaal van de LPF af te trekken van het audiosignaal. Op deze manier kan een uitgangssignaal worden verkregen dat equivalent is aan het uitgangssignaal van het hcogdoorlaatfilter HPF. Door de in fig. 3 weergegeven constructie te gebruiken, is het mogelijk vlakke frequentiekarakteristieken te verkrijgen waardoor de amplitude vrijwel constant blijft, zoals weergegeven in fig. 4.

Een voorbeeld van de actieve all band doorlaatketen 2 is weergegeven in fig. 5. In deze figuur is Tr een transistor, en aan de basis daarvan wordt het van het audiosignaal afgescheiden laagfrequent-componentsignaal Ei toegevoerd.

Verder zijn weerstanden Ro verbonden met respectievelijk de collector en de emitter daarvan. Bovendien zijn met de collector en de emitter respectievelijk een inductie jx en een weerstand R verbonden, en een variabel vertraagd uitgangssignaal E2 wordt afgenomen van het verbindingspunt J van de weerstand R en de inductie jx.

De in fig. 5 weergegeven keten heeft vlakke frequentie-amplitude karakteristieken en de vertragingstijd van E2 ten opzichte van Εχ neemt ongeveer proportioneel toe met de toename in de frequentie in het gebied tussen 0 en de voorafbepaalde frequent f(j. Figuur 6 geeft deze frequentie-vertragingstijd-karakteristieken weer. Hier is deze zo geconstrueerd, dat de grootste vertragingstijd wordt verkregen bij de voorafbepaalde frequentie ïq. Verder is deze keten zo geconstrueerd, dat de vertragingstijdkarakteristieken gevarieerd worden in afhankelijk van de grootte van R. Op deze manier kunnen de karakteristieken gevarieerd worden, zoals weergegeven door A en B in figuur 6, door R te variëren. In het geval waar geen bevredigende vertragingstijd wordt verkregen, kan een benodigd aantal van de in fig. 5 weergegeven ketens 2 worden gebruikt, met elkaar in serie verbonden, zoals weergegeven in fig. 13.

Thans zal onder verwijzing naar fig. 7 een voorbeeld van de gefixeerde vertragingsketen 3 worden verduidelijkt. Deze keten 3 vormt een vertragingsketen bestaande uit een vertragingslijn met meerdere aansluitpunten TPi-TPn, zoals weergegeven in deze figuur. Door een van deze aansluitpunten te kiezen, is het mogelijk de gefixeerde vertragingstijd aan te passen aan de grootste vertragingstijd tfo bij de voorafbepaalde frequentie fo in het laagfrequent gebied, welke is ingesteld door het variabele vertragingsorgaan 2. Op deze manier is het mogelijk de frequentie-vertragingstijd karakteristieken zoals weergegeven in fig. 2, te verkrijgen.

Zoals in het voorgaande uitgelegd is volgens de onderhavige uitvoeringsvorm de stijging van het transiënt geluid in het laagfrequent geluid in het laagfrequent gebied onder de voorafbepaalde frequentie door het gehoororgaan scherp, zoals weergegeven door de karakteristieke curve in fig. 2, en het is mogelijk om helder en scherp geluid van een lage frequentie te verkrijgen. Tegelijkertijd, aangezien de vertragingstijd constant is in het hoogfrequent gebied boven de voorafbepaalde frequentie fo, verdwijnt scherpte in de golfvorm en dus is het mogelijk natuurlijk geluid te verkrijgen.

Zoals boven verduidelijkt kan, door de laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen, dankzij het feit dat het audiosignaal wordt gescheiden in het laagfrequent-signaal en het hoogfrequent-signaal, helder en scherp geluid van lage frequentie worden verkregen door middel van het variabele vertragingsorgaan dat de vertragingstijd laat toenemen met toenemende frequentie van het laagfrequent-componentsignaal. Aangezien tegelijkertijd in het hoogfrequent gebied het signaal wordt vertraagd met een vertragingstijd die ongeveer gelijk is aan de vertragingstijd bij de voorafbepaalde frequentie zoals verkregen door het bovenbeschreven variabele vertragingsorgaan, verdwijnt scherpte in de golfvorm en is het mogelijk natuurlijk geluid te verkrijgen.

Claims (8)

1. Laagfrequent compensatieketen voor audiosignalen, omvattende: frequentiecomponent-scheidingsmiddelen voor het scheiden van een audiosignaal afkomstig van een voorafbepaalde audiosignaalbron in een laagfrequent componentsignaal onder een voorafbepaalde frequentie en een hoogfrequent componentsignaal boven genoemde voorafbepaalde frequentie om gescheiden het laagfrequent componentsignaal en het hoogfrequent componentsignaal uit te voeren; variabele vertragingsmiddelen voor het vertragen van het laagfrequent componentsignaal; gefixeerde vertragingsmiddelen voor het vertragen van het hoogfrequent componentsignaal; en mengmiddelen voor het combineren van de door genoemde twee vertragingsmiddelen vertraagde signalen; met het kenmerk, dat de variabele vertragingsmiddelen de vertragingstijd laten toenemen met toenemende frequentie van het laagfrequent componentsignaal, en dat de gefixeerde vertragingstijd van de gefixeerde vertragingsmiddelen een gefixeerde vertragingstijd is die vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd die voor genoemde voorafbepaalde frequentie is ingesteld door genoemde variabele vertragingsmiddelen.

2. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentie-componentscheidingsmiddelen omvatten: een laagdoorlaatfilter voor het afgeven van het laagfrequent componentsignaal onder genoemde voorafbepaalde frequentie, welke responsief is op het ingevoerde audiosignaal; en een verschilversterker welke het laagfrequent componentsignaal aftrekt van het ingevoerde audiosignaal om het hoogfrequent componentsignaal bovengenoemde voorafbepaalde frequentie uit te voeren.

3. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentiecomponent-scheidingsmiddelen een actief all band doorlaatfilter omvatten, dat omvat: een transistor met een basis waaraan het laagfrequent componentsignaal wordt toegevoerd; een met de.emitter van de transistor verbonden weerstand; en een met de collector van de transistor verbonden inductie; . waarbij een vertraagd uitgangssignaal wordt afgenomen van het verbindingspunt van de weerstand en de inductie.

4. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gefixeerde vertragingsmiddelen omvatten: een ingangsaansluiting waaraan het hoogfrequent componentsignaal wordt toegevoerd; en een aantal uitgangsaansluitingen met verschillende vertragingstijden; waarbij het vertraagde signaal wordt afgenomen van een van genoemde uitgangsaansluitingen met een vertragingstijd die vrijwel gelijk is aan de vertragingstijd die voor de voorafbepaalde frequentie is ingesteld door de variabele vertragingsmiddelen.

5. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voorafbepaalde frequentie zich bevindt in een frequentiegebied tussen 500 Hz en 2 kHz.

6. Keten volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de actieve all band doorlaatfilters in meerdere trappen in serie zijn verbonden.

7. Keten volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het actieve all band doorlaatfilter de grootste vertragingstijd bij de voorafbepaalde frequentie heeft.

8. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de frequentiecomponent-scheidingsmiddelen omvatten: een laagdoorlaatfilter voor het afgeven van het laagfrequent componentsignaal onder de voorafbepaalde frequentie, welke responsief is op het ingevoerde audiosignaal; en een hoogdoorlaatfilter voor het afgeven van het hoogfrequent componentsignaal boven de voorafbepaalde frequentie, welke responsief is op het ingevoerde audiosignaal.