Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens insbesondere eines Lautsprechers

Abstract

 Zur Verbesserung des Einschwingverhaltens von Trägheit bei plötzlichen Pegeländerungen aufweisenden Elementen, insbesondere Lautsprechern, werden jeweils aufeinanderfolgende Scheitelwerte SI_k1, SI_k2 des zuzuführenden Eingangssignals (AS), insbesondere eines Audiosignals nach Betrag und Vorzeichen miteinander verglichen. Bei erheblich abweichenden Beträgen werden Korrekturimpulse (KI) erzeugt, deren Dauer höchstens dem zeitlichen Abstand der beiden betrachteten Scheitelwerte gleich ist. Die Korrekturimpulse (KI) werden dem um die Dauer der längsten Korrekturimpulse verzögerten Eingangssignal (AS) überlagert.
Eine zur Ausführung dieser Maßnahmen geeignete Schaltungsanordnung besteht aus einem Verzögerungsglied (DEL) zur Verzögerung des Eingangssignals (AS), einem Signalanalysator (SAN), einer Korrekturimpuls-Steuereinrichtung (KST) und einem Korrekturimpulsgenerator (KSG).

Beschreibung

[0001] Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserunß des Einschwingverhaltens inebesondere einen Lautsprechers

[0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanepruche 1, sowie auf eine Sohaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrene.

[0003] Auf dem Markt erhältliche elektrodynamische Lautsprecher besitzen in dem für sie vorgesehenen Frequenzbereich zumeist einen ausgeglichenen Frequenzgang und bei gleichmäßiger Ansteuerung nur geringe Verzerrungen. Treten jedoch ganz plötzliche, impulsartige Amplitudenänderungen des anregenden elektrischen Audiosignalo auf, dann vermag die Lautsprechermembran in ihrer Bewegung dienen plötzlichen Amplitudenänderungen nicht sogleich zu folgen; vielmehr treten nachteilige verfälschende Einschwingvorgänge auf, die sich bei einer Amplitudenerhöhung in einer allmähliohen Angleiohung der Membranschwingung an den erhöhten Amplitudenwert und bei einer Amplitudenverringerung in einem Naohschwingen äußern. Diese verfälschenden Einsohwingvorgänge werden als alengverfärbung hörbar. Die Ursache dafür liegt in der Trägheit der Lautsprochermembran, mehr noch in dem Umstand, daß das auf die Membran einwirkende Luftpolster erst zum Schwingen angeregt werden muß bzw. nachschwingt. Diese verfläschenden Einschwingvorgänge treten deshalb auch bei elektrostatischen oder magnetostatischen Lautsprechern insbesondere im Baßbereich auf. Eine weitere Einflußgroße ist bei dynamischen Lautsprechern die Membranrücketellkraft, die vorallem dann zu berücksichtigen ist, wenn das Audiosignal ein Frequenzgemisch enthält, das für die Dauer einiger höherfrequenter Schwingungen den Durchgang der Lautepreohermembran durch ihre Ruhelage verhindert. (Ein Beispiel hierzu wird später anhand der Figur 3 ausführlich behandelt.)

[0004] Es wurde schon versucht, die so entstehenden Fehler bei der Umsetzung von einer elektrischen in eine akustische Schwingung durch eine Rückkopplung zu kompensieren. Hierzu wird die Bewegung der Membran kapazitiv, induktiv oder optisch abgetastet und werden die so erzeugten elektrischen Ietwertsignale mit den Sollwertsignalen verglichen. Abweichungen bewirken einen Spannungsstoß, der dem Sollwert überlagert wird. Das kann bei hohen Amplituden zu kurzfristigen Übersteuerungen des Endveretärkera und damit zu großen Klirrfaktoren führen. Ferner treten durch die hohen Stromspitzen in der Erregerwicklung des Lautspreohers in verstärktem Maße Fartialechwingungen der naturgemäß nicht völlig steifen Membran auf, die wiederum ein erhöhtes Klirren zur Folge haben.

[0005] Im übrigen können derartige Nachregelungen der Membranauslenkung erst mit einiger Verzögerung nach Auftreten des Fehlers wirksam werden, so daß bei plötzlichen Amplitudenänderungen, die beispielsweise in der modernen Unterhaltungs- und Tanzmusik häufig auftreten, durch den hohen Klirrfaktor der nutzbare Dynamikbereich eingeschränkt wird, wobei aber trotzdem ein Nachschwingen der Membran nicht verhindert werden kann.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Sohaltungsanordnung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens eines Lautsprechers anzugeben, mit den Ziel, insbesondere bei plötzlichen Pegeländerungen des Eingangsaignala eine sofortige Angleichung der Membranschwingung an die neue Amplitude sicherzustellen, ohne den Endveretärker dadurch stärker auszueteusrn.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand den Patentanspruchs ?.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt darin

Figur 1 Amplitudenänderungen eines zunächst sinusförmigen Audiosignals,

figur 2 Verläufe von korrigierten Audiosignalen,

Figur 3 Verlauf eines aus Grundwelle und Oberwellen bestehenden Audiosignals und dessen Ableitungen erster bis dritter Ordnung,

Figur 4 eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Einschwingverhaltens eines Lautsprechers,

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für einen Signalanalyeator,

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Korrektursteuereinrichtung und

Figur 7 einen geänderten Schaltungsteil der Korrektureteuereinrichtung nach Figur 6.

[0009] Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, durch eine ständige Analyse des Audiosignals Abweichungen von einem sinusförmigen Verlauf, insbesondere Amplitudenänderungen zu erkennen und dem Audiosignal nach Art einer Vorwärtsregelung Korrekturimpulee zu überlagern. Beim Vorzeichenwechsel aufeinanderfolgender Scheitelwerte wird eine Korrektur nur vorgenommen, wenn das Verhältnis aus diesen Scheitelwerten ein vorgegebenes Maß überechreitet. Durch die Korrektur des Audiosignals wird eine zusätzliche Beschleunigung oder Abbremsung der Lautsprechermembran erzeugt. Das ursprüngliche Audiosignal mus um die Zeitdauer verzögert werden, die für die Feststellung der Unterschiede der Scheitelwerte und für die phasenriohtige Einblendung der Korrekturimpulse erforderlich ist.

[0010] In Figur 1 sind einige zeitliche Abläufe von Audiosignalen dargestellt, die zunächst einen rein sinusförmigen Verlauf mit der Amplitude 1 aufweisen und von dem zweiten (negativen) Scheitelpunkt S an mit Ausnahme des Signals 0 in Schwingungen mit anderen Amplituden übergehen. Dabei sind die neuen Amplituden der Signale A und B größer als die ursprüngliche Amplitude, die neuen Amplituden der Signale D und E sind kleiner. Amplitudenänderungen bis etwa zu einem Faktor 3 bzw. auf ungefähr ein Drittel des vorhergehenden Wertes können im allgemeinen noch ohne Korrekturmaßnahmen hingenommen werden. Beim Überschreiten der beiden Grenzwerte ist eine Korrektur erforderlich.

[0011] Die Amplitudenwerte sind in Figur 1 demgemäß in drai Bereiche I, II und III eingeteilt, wobei im Bereich I ein die Änderung der Momentanwerte unterstützender Korrekturimpuls überlagert wird, im Bereich II keine Korrektur erfolgt und im Bereich III ein der Änderung der Momentanwerte entgegenwirkender Korrekturimpule überlagert wird. Die Vorgabe anderer Grenzwerte für Amplitudenänderungen als die oben genannten kann in manchen Fällen günstiger sein.

[0012] Zur Erläuterung des Korrekturprinzips sind in Figur 2 Abschnitte von korrigierten Audiosignalen dargestellt. In beiden Fällen liegt eine Amplitudenzunahme vor. Gemäß dem Kurvenverlauf A wurde dem Ursprungssignal beginnend am Wendepunkt WP ein Korrekturimpuls überlagert, der mit einer eteilen Flanke ansteigt und daran anschließend nach einer cos-Funktion abfällt. Der unter dem Audiosignal AS gezeichnete Korrekturimpuls KI¹ ist zu Ende, wenn das ursprüngliche Audiosignal AS den oberen Soheitelpunkt S erreicht hat.

[0013] Die schraffierte Fläche bezeichnet den durch den Korrekturimpuls

erzeugten Zuwachs an Spannungs-Zeit-Fläche bzw. an Strom-Zeit-Fläche, die sich als zusätzliche Erregung der Lautsprechermembran äußert und damit ihre Auslenkung verstärkt.

[0014] Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der teilweise sehr steile Anstieg in dem schematisch dargestellten Kurvenverlauf A durch die nach oben begrenzte Bandbreite des Endverstärkers abgeflacht vird.

[0015] Dem Kurvenverlauf B liegt ein Korrekturimpuls KI2 zugrunde, der annähernd die Form einer sin²-Kurve aufweist und sich vom ersten zum zweiten Scheitelpunkt S des ursprünglichen Audiosignals AS erstreckt. Ein Korrekturimpula KI2 dieser Form hat gegenüber dem ersten Beispiel den Vorteil, daβ weniger Oberwellen entstehen.

[0016] Grundsätzlich können auch Korrekturimpulee mit anderer Form, beispielsweise Dreieck- oder Rechteokimpulse verwendet werden.

[0017] Die Figur 3 zeigt in dem Zeitdiagramm a einen weiteren Abschnitt eines Audiosignals AS, der eine größere Zahl von Scheitelpunkten S und Wendepunkten WP umfaßt..Als Besonderheit des dargestellten Kurvenverlaufs ist hervorzuheben, daß die Scheitelwerte ihr Vorzeichen nicht wechseln. Darüber hinaus bezeichnen die Markierungen S^* Punkte, die keine echten Scheitelpunkte sind.

[0018] Zwischen den einzelnen Scheitelpunkten S und S^* ist in Figur 3 angegeben, ob die Lautsprechermembran eine zusätzliche Beschleunigung B⁺ oder Bremsung B^- erfahren muB. Die Zeitdiagramme b, c und d zeigen den grundsätslichen Verlauf der Ableitungen erster bis dritter Ordnung des Kurvenverlaufs in Diagramm a. Es ist ersichtlich, daß die Scheitelpunkte der zweiten Ableitung (Diagramm o) alle Scheitelpunkte der ursprünglichen Kurve einschließlich der unechten Scheitelpunkte S^* markieren. Die Scheitelpunkte der ersten Ableitung entsprechen den Wendepunkten WP im Audioaignal AS. Mit der Bestimmung der zeitlichen Lage der Scheitelpunkte in den beiden Ableitungen des Audiosignale sind im Prinzip alle für die Korrektur des Audiosignals wichtigen Punkte erfaßt. Wesentlich einfacher als die Feststellung von Scheitelpunkten in den abgeleiteten Funktionen ist die Erfassung von Nulldurchgängen, die mit vertauschter Zuordnung wieder die Scheitelpunkte S und Wendepunkte WP der Ursprungsfunktion bezeichnen. Naturgemäß fallen jedoch, wie auch der Vergleich der Zeitdiagramme a und b in Figur 3 zeigt, bei den unechten Scheitelpunkten S^* keine Nulldurchgäage der ersten Ableitung an.

[0019] Da die Scheitelwerte des Audiosignals AS nach Betrag und Vorzeichen nur durch Abtastung im richtigen Zeitpunkt, nämlich beim Durchgang durch die Scheitelpunkte S gemessen werden können, werden in diesem Fall die unechten Scheitelpunkte S^* des Audiosignals AS nicht berücksichtigt. Dies gelingt jedoch mit Hilfe der dritten Ableitung gemäß Diagramm d, die sowohl für die echten als auch für die unechten Scheitelpunkte S und S^* Nulletellen aufweist.

[0020] Die Figur 4 zeigt die wesentlichen Elemente einer Sohaltungsanordnung zur Durchführung der Korrekturmaßnahmen. Die Schaltungsanordnung empfängt über den Eingang E ein Audiosignal AS von einer nicht dargestellten Signalquelle, z. B. von einem Vorverstärker. Das durch ein Verzögerungsglied DEL verzögerte Audiosignal ASV wird einem Endveretärker BV zur Speisung eines Iautsprechers sugeführt.

[0021] Die Verzögerungszeit für das Audiosignal AS richtet sich nach der Dauer des Korrekturimpulaes KI und nach der tiefsten, in dem jeweils vorliegenden Fall in Betracht zu ziehenden Frequenz des Audioaignala AS. Da eine Information über die Art der Korrekturmaßnahme immer erst in einem Zeitpunkt verfügbar ist, in dem das unverzögerte Audiosignal AS den zweiten Scheitelpunkt des gerade betrachteten Paares von Scheitelpunkten S durchläuft und damit der Korrekturimpuls KI erst in diesem Zeitpunkt beginnen kann, muß die Verzögerungszeit eben so lang sein wie die Dauer des Rorrekturimpulses KI. Das ist für einen Korrekturimpule KI1 nach Figur 2A ein Viertel und für einen Korrekturimpule KI2 nach Figur 2B die Hälfte der längeten Periodendauer.

[0022] Geht man beispielsweise von einem Frequenzband von 20 Hz bis 80 Hz aus, das häufig für den Betrieb von Tieftonlautsprechern verwendet wird, dann ergeben sich Verzögerungezeiten von 12,5 ms bzw. 25 ms. Zur Signalverzögerung können passive oder aktive Laufzeitglieder eingesetzt werden. Im folgenden werden handelsübliche Schieberegister, wie Eimerkettenschaltungen mit 512 oder zweimal 512 Schaltstufen zugrundegelegt, die entsprechend der gewünschten Verzögerungszeit mit einem Schiebetakt ZT mit einer Impulsfrequens von knapp 41 kHs betrieben werden.

[0023] Das unverzögerte Audiosignal AS gelangt ferner zu einem Signalanalysator SAN. Der Signalanalysator SAN, auf dessen Einzelheiten noch näher eingegangen wird, erzeugt bei jedem Wendepunkt WP im Verlauf des Audiosignals AS einen Wendepunktimpuls WPI. Darüber hinaus liefert der Signalanalysator SAN noch weitere Impulse SI_k1 oder SI_k2' die beim Durchgang des Audiosignals AS durch Scheitelpunkte S und S^* entstehen und auch eine Information über die Beziehungen jeweils aufeinanderfolgender Scheitelwerte enthalten. Scheitelwertimpulse SI_k1 der ersten Art (B⁺) werden abgegeben, wenn jeweils zwei aufeinanderfolgende Scheitelwerte folgende Bedingungen a) oder b) erfüllen:

a) Beide Scheitelwerte sind positiv oder negativ und der erste Scheitelwert ist kleiner als der zweite,

b) die Scheitelwerte haben verschiedene Vorzeichen und der erste Scheitelwert ist kleiner als der zweite und das Verhältnis des größeren Scheitelwerte zum kleineren Soheitelwert übersteigt einen vorgegebenen Wert (s.B. 3:1).

[0024] Scheitelwertimpulse SI_k2 der zweiten Art (B^-) treten unter folgenden Bedingungen auf:

o) Beide Scheitelwerte sind positiv oder negativ und der erste Scheitelwert ist größer als der zweite,

d) die Scheitelwerte haben verschiedene Vorzeichen und der erste Scheitelwert ist größer als der zweite und das Verhältnis des größeren Scheitelwerte zum kleineren Scheitelwert übersteigt einen vorgegebenen Wert (z. B. 3:1).

[0025] Die das Ergebnis der Audiosignal-Analyse kennzeichnenden Impulse WPI, SI_k1 und SI_k2 werden einer Korrekturateuereinrichtung KST zugeführt, die die Aufgabe hat, die Korrekturimpulse KI zeitgerecht, d.h. vor dem Erreichen der zu korrigierenden Soheitelwerte in verzögerten Audiosignsl ASV, einzublenden.

[0026] Für die Erzeugung der Korrekturimpulse KI bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine hinsichtlich des dafür benötigten Sohaltungsaufwands und der Form der Korrekturimpulee KI günstige Möglichkeit ist der Darstellung in Figur 4 zugrundegelegt. Hierbei wird durch einen Korrektursignalgenerator KSG das verzögerte Audiosignal ASV differenziert, so daB an dessen Ausgang ein Signalverlauf verfügbar ist, der in bezug auf Amplitude und Phasenlage stete an das Audiosignal ASV angepaßt ist. Gegebenenfalls kann noch eine wählbare Verstärkung oder Abschwächung vorgesehen sein.

[0027] Durch eine Wählschaltung TS werden entsprechend dem Steuersignal aus der Korrektursteuereinrichtung KST aus dem vom Korrektursignalgenerator KSG gelieferten Signalverlauf Korrekturimpulse KI ausgeblendet und gemeinsam mit dem verzögerten Audiosignal ASV dem Eadveretärker EV sugeführt.

[0028] Die Figur 5 zeigt Einzelheiten des Signalanalysators nach Figur 4. Durch eine erste und zweite Differenzierstufe DIFF1 und DIFF2 wird zunächst die erste und sodann die zweite Ableitung AS" des Audiosignals AS gewonnen, die bei jedem Wendepunkt WP der Audioeignalkurve einen Nulldurchgang aufweist, wie schon anhand der Figur 3 ausgeführt wurde. Ein anßeachlossener Impulegeber GWP, der beisepielsweise einen Schmitt-Trigger mit geringer Hysterese enthält, wertet die Nulldurchgänge aus und gibt bei jedem Nulldurchgang, unabhängig von dessen Richtung, einen kurzen Impuls WPI mit der Dauer von etwa 1 µs ab.

[0029] Durch eine dritte Differenzierstufe DIFF3 wird echließlich noch die dritte Ableitung AS"' erzeugt, die im Gegensatz zur ersten Ableitung AS' auch bei den unechten Scheitelpunkten S^* der Audiosignalkurve (vgl. Figur 3) durch Null geht. Ein weiterer Impulegeber GS liefert kurze Soheitelpunktimpulse SI von etwa einer µs-Dauer bei allen Nulldurchgängen der dritten Ableitung AS"'.

[0030] Die restliohen Schaltungsteile des Signalanalyeatora nach Figur 5 dienen zum Vergleich von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Scheitelwerten des Audiosignals AS und zur Bildung entsprechender Bewertungssignale BS⁺ bzw. BS^- nach den bereits für die Scheitelwertimpulse SI_k1 und SI_k2 genannten Kriterien. Zu diesem Zweck ist eine erste Gruppe von Speichern S₁₁ bis S₁₄ vorgesehen, in die unter Steuerung durch einen Scheitelpunktimpuls SI der gleichzeitig vorliegende erste Scheitelwert des unverzögerten Audiosignals AS übernommen wird. Im gleichen Zeitpunkt wird der erste Scheitelwert des mit Hilfe einer Gleichrichteranordnung GL gleichgerichteten Audiosignals AS in zwei weitere erste Speicher S₁₅ und S₁₆ eingegeben.

[0031] Durch den nächstfolgenden Scheitelpunktimpule SI werden die Inhalte der ersten Speicher S₁₁ bis S₁₆ in zweite Speicher S₂₁ bis S₂₆ weitergeschoben und in die ersten Speicher S₁₁ bis S₁₆ die neuen Scheitelwerte eingegeben. Ein dritter Scheitelpunktimpuls SI schiebt den ursprünglich ernten Scheitelwert aus der Speicheranordnung hinaus und setzt den ureprünglich zweiten Scheitelwert an dessen Stelle. Ein in die ersten Speicher S₁₁ bis S₁₆ gleichzeitig eingegebener neuer Scheitelwert des Audiosignals AS wird nun als zweiter Scheitelwert betrachtet.

[0032] Besonderheiten bei der Übergabe der Speicherinhalte ergeben sich für die beiden Paare von Speichern S₁₅ und S₂₅ bzw. S₁₆ und S₂₆. Im ersten Fall (S₁₅ nach S₂₅) wird nämlich der Scheitelwert vor der Eingabe in den zweiten Speicher S₂₅ auf beispielsweise ein Drittel seines Wertes reduziert, im zwetien Fall (S₁₆ nach S₂₆) dementsprechend um den Faktor 3 veretärkt.

[0033] Die Inhalte der Paare aus je einem ersten und einem zweiten Speicher S₁₁, S₂₁ bis S₁₆, S₂₆ werden mit Hilfe von Komparatoren K0MP1 bis KOMP6 miteinander verglichen. Die Komparatoren KOMP1 bis KOMP6 können beispielsweise aus Differenzverstärkern mit anschließenden Schwellwertachnltern mit niedriger Ansprechschwelle bestehen. Zu beachten ist dabei, daß Differenzverstärker die Differenz der Absolutwerte der Scheitelwerte messen, während im vorliegenden Fall die Differenz ihrer Beträge interessiert. Wenn beide Scheitelwerte ein negatives Vorzeichen haben, muB also des Vergleichsergebnis invertiert werden.

[0034] Bestimmungsgemäß sollen die Vergleichsergebnisse der Komparatoren KOMP1 und KOMP2 nur ausgewertet werden, wenn beide Scheitelwerte ein positives Vorzeichen haben. Die Auswertung der Vergleichsergebnisse der Komparatoren KOMP3 und KOMP4 eetzt ein negatives Vorzeichen für beide Scheitelwerte voraus. Die Auswertung der Vergleichsergobnisse der Komparatoren KOMP5 und KOMP6 erfolgt schon wegen der vorhergehenden Amplitudengleiohrichtung des Audiosignals AS vorzeichenunabhängig.

[0035] Indessen ist es z.B. für das vergleiehsergebnis des Komparators KOMP1 ohne Bedeutung, ob auf einen ersten positiven Scheitelwert ein zweiter kleinerer aber gleichfalls positiver Scheitelwert oder ein beliebig großer negativer Soheitelwert folgt. Um trotzdem die gewünschten Aussagen zu erhalten, ist eine aus einem Schmitt-Trigger STR, zwei D-Flipflops FF1 und FF2 und zwei UND-Gliedern AN1 und AN2 bestehende Zusatzechaltung vorgesehen. Der mit niedrigen Aneprechschwellen ausgestattete Schmitt-Trigger STR schaltet bei jedem Nulldurchgang des Audiosignala AS in die durch das augenblicklich gültige Vorzeichen bestimmte Lage. Mit dem nächstfolgenden Scheitelpunktimpuls SI wird der jeweilige Schaltzustand des Schmitt-Triggers STR in das D-Flipflop BF1 übernommen. Der wiederum nächste Wendepunktimpule WPI uberführt die Vorzeicheninformation in das zweite D-Flipflop FF2.

[0036] Die einander entsprechenden Ausgänge des Schmitt-Triggers STR und des D-Flipflops FF2 sind mit den Eingängen der UND-Glieder AN1 bzw. AN2 verbunden. Die Signalwerte an den Ausgängen der UND-Glieder AN1 und AN2 geben für die Zeit vom Ende eines Scheitelpunktimpulses bis zum Ende des nachfolgenden Auskunft darüber, ob die betrettenden Scheitelwerte gleiches Vorzeichen hatten und welches Vorzeichen sie hatten. Dabei bedeutet eine binäre "1" am Auagang des UND-

[0037] Gliedes AN1 positives Vorzeichen für beide Scheitelwerte, eine binäre "1" am Ausgang des UND-Glieds AN2 negatives Vorzeichen für beide Scheitelwerte. Die Ausgangssignale der UND-Glieder AN1 und AN2 werden durch weitere UND-Glieder AN3 bis AN6 mit den Ausgangssignalen der Komparatoren KOMP1 bis KOMP4 verknüpft.

[0038] Gemäß der Forderung, abhängig von den Ergebnissen der Soheitelwertvergleiche eine zusätzliche Beschleunigung B⁺ oder Bremsung B^- der Lautsprechermembran zu erreichen, werden die nach dem vorhergehenden teilweise korrigierten Auegangssignale der Komparatoren KOMP1, KOHP3 und KOMP5 einereeits und der Komparatoren KOHP2, KOMP4- und KOMP6 andererseits zu Signalen (BS⁺] bzw.{BS^-} zusammengefaßt. Mit Hilfe der UND-Glieder AN7 und AN8 werden die Signale BS⁺ und BS^- durch Soheitelpunktimpulse SI abgefragt und damit die Soheitelwertimpulee SI_k1 und SI_k2 gewonnen.

[0039] Für das Weitere ist nochmals hervorzuheben, daß die Wendepunktimpulse WPI nur Zeitpunkte bezeichnen, die Scheitelwertimpulse SI_k1 und SI_k2hidngegen neben einer Zeitinformation auch noch eine Information darüber enthalten, ob eine Korrektur überhaupt erfolgen soll und welcher Art die Korrektor (Beechleunigung oder Bremsung) sein soll.

[0040] Die Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der Korrektur des Audiosignals unter Verwendung des anhand der Figur 5 beschriebenen Signalanalyeators SAN. Dem AusfUhrungsbeispiel sind Korrekturimpulse KI1nach Figur 2A zugrundegelegt, die mit einer steilen Flanke beginnen und nach einer cos-Funktion abfallen. Der Beginn der Korrekturimpulse KI1 soll mit den Wendepunkten WP des verzögerten Audiosignals ASV zusammenfallen. Weiter wird vorausgesetzt, daB sich das vom Lautsprecher zu verarbeitende Frequenzband von 20 Hz bis 80 Hz erstreckt. Die in diesem Fall erforderliche Yerzögerung den Audiosignals AS um eine Viertelperiode einer Schwingung ait der tietsten Frequenz entspricht eomit einer Laufzeit von 12,5 ms. Als Verzögerungsglied DEL ist ein taktgeateuertes Sohiaberegiater wie eine Ladungaverachiebeachaltung (z.B. Eimerkettenschaltung) mit 512 Schaltstufen vorgesehen.

[0041] Mit dem Takt ZT aus einem nicht dargestellten Taktgenerator zum Weiterschalten deesVerzögerungsglieds DEL wird auch ein 9-stutiger binärer Vorwärtezähler CR mit einem Zählvolumen von 2⁹ = 512 Zählimpulsen betrieben. Der Binärzähler CR wird durch jeden wendepunktimpuls WPI aus dem Signalanalysator SAN auf Null gesetzt und zählt anschließend vorwärts.

[0042] Die vom Signalanalysator SAN gelieferten Scheitelwertimpulse SI_k1 und SI_k2 werden zwei identisch aufgebauten Schaltungsgruppen zugeführt. Die Schaltungegruppen-umfassen jeweils einen zweistufigen Adresszähler AZ1 bzw. AZ2, einen Demultiplexer MUX1 bzw. MUX2, vier 9-stufige voreinstellbare Zähler ZE11 bis ZE14 bzw. ZE21 bis ZE24, vier 9-stutige Durchlaufzähler ZA11 bis ZA14 bzw. ZA21 bis ZA24, von denen je einer einem voreinstellbaren Zähler zugeordnet ist, sowie jeweils vier UND-Glieder AN11 bis AN14 bzw. AN21 bis AN24 und ein RS-Flipflop FF11 bzw. FF21.

[0043] Die Scheitelwertimpulse SI_k1 bilden die Zählimpulse für den Adresszähler AZ1, der die Adressen für den Demultiplexer MUX1 liefert. Entsprechend dem jeweiligen Zählerstand wird eine am Eingang des Demultiplexers MUX1 ständig anliegende binäre "1" auf einen der vier Ausgänge durchgeeohaltet.

[0044] An die Ausgänge der Zählstufen des Varwärtszählers CR sind die Stufeneingänge der vier voreinstellbaren Zähler ZE11 bis ZE14 angeschlossen. Durch eine von den Auagangssignalen des Demultiplexers MUX1 gesteuerte Verteileranordnung, bestehend aus den schon genannten UND-Gliedern AN11 bis AN14, erhält in zyklischer Vertauschung immer einer der voreinstellbaren Zähler ZE11 bis ZE14 einen Scheitelwertimpuls BI_k1 zur Steuerung der parallelen übernahme des angenbliok- liohen Zählerstandes aus dem Vorlaufzähler CR zugewiesen. Gleichzeitig wird einer der vier zugeordneten Durohlaufzähler ZA11 bis ZA14 auf Null gesetzt.

[0045] Die Anzahl der voreinstellbaren Zähler ZE11 bis ZE14 bzw. ZE21 bis ZE24 und der Durchlaufzähler ZA11 bis ZA14 bzw. ZA21 bis ZA24 richtet sich nach der maximalen Anzahl von Scheitelpunkten den Audiosignals AS während der Verzögerungszeit.

[0046] Erreicht einer der voreinstellbaren Zähler ZE11 bis ZE14 beim Hochzählen mit Hilfe des Zähltaktes ZT über den höoheten Zählerstand hinweg wieder den Stand Null, dann gibt er einen (Übertrag-)Impuls ab, der das RS-Flipflop FF11 setzt. Das RS-Flipflop FF11 wird zurückgesetzt, wenn auch der zugeordnete Durchlaufzähler ZA11 bis ZA14 wieder den Zählerstand Null erreicht.

[0047] Das Ausgangssignal des RS-Flipflops FF11 steuert eine Torschaltung TS1, die einen Abschnitt des differzierten verzögerten Audiosignals ASV als Korrekturimpuls KI auf den Endverstärker EV durchschaltet, solange das RS-Flipflop FP11 gesetzt ist. Dieser Korrekturimpuls erteilt der Membrane eine zusätzliche gleichsinnige Beschleunigung.

[0048] Die Soheitelwertimpulse SI_k2 übernehmen die Steuerungen der zweiten Schaltungsgruppe mit den bereits erwähnten Elementen. Die innere Funktion der zweiten Schaltungegruppe entspricht völlig der Funktion der beschriebenen ersten Schaltungsgruppe, so daß sich ein näheres Eingehen erübrigt. Indessen steuert das Ausgangssignal des zweiten RS-Flipflops FF21 eine Torschaltung TS2, die einen Abschnitt eines Signals, das aus dem differzierten verzögerten Audiosignal ASV durch eine zusätzliche Inversion mit dem Inverter INV gewonnen wird, auf den Endverstärker EV durchschaltet. Diese Impulse wirken bremsend auf die Membranbewegung.

[0049] Um einen Schaltklicks im akustischen Signal zu vermeiden, empfiehlt es sich die Flanken der Steuersignale für die Torschaltungen TS1 und TS2 etwas zu verrunden und Torsohaltungen einzusetzen, deren Steuercharalcteristik wenigntens annähernd linear verläuft.

[0050] Die Figur 7 zeigt eine Anordnung mit zwei 9-stufigen Binärzählern CR1 und CR2, die somit beide das Zählvolumen 512 besitzen. Die Zähler CR1 und CR2 werden mit dem Zähltakt ZT betrieben. Jeder Scheitelpunktimpule SI setzt den ersten Zähler CR1 auf Null zurück. Der bis zum Eintreffen eines Wendepunktimpulses WPI aufgelaufene Zählerstand wird durch den Wendepunktimpule WPI parallel in den zweiten Zähler CR2 übernommen.

[0051] Setzt man die Anordnung nach Figur 7 an die Stelle des Vorwärtazählens CR in der Korrektursteuereinrichtung nach Figur 6, dann ist ohne zusätzliche Schaltungsänderungen die Verwendung von Korrekturimpulsen KI2 nach Figur 2B möglich. Durch eine geeignete Verrundung der Steuersignale für die Torschaltungen TS1 und TS2 werden aus den abgetasteten Abschnitten des differenzierten Audiosignals ASV die Korrekturimpulse KI2 mit der gewünschten, wenigstens annähernd einer ein²-Funktion entsprechenden Form gewonnen.

[0052] In Anlagen zur Tonwiedergabe, insbesondere zur Wiedergabe von Musik, wird das ganze wiederzugebende Frequenzband im allgemeinen mittels Frequenzweichen in mindestens drei Teilfrequenzbänder unterteilt und für jedes Teilfrequenzband ein speziell ausgebildeter hautsprecher eingesetzt. Vorzugsweise wird die Unterteilung so gewählt, daß das Verhältnis aus der oberen und der unteren Grenzfrequenz in jedem Teilfrequenzband gleich ist.

[0053] Da die für die Durchführung der Korrekturmaßnahmen erforderliobe Verzögerung den Audiosignals von der unteren Grensfrequenz in dem betreffenden Teilfrequenzband bestimmt wird, müssen die Audiosignale in höheren Frequenzbändern zusätzlioh verzögert werden, um sicherzustellen, daß die Gesamtverzögerung der Audiosignale in allen Teilfrequenzbändern gleich ist.

[0054] Die Korrekturmaßnahmen können sowohl in Anlagen eingesetzt werden, in denen ein gemeinsamer Endverstärker für alle Teilfrequenzbänder vorgesehen ist und die Aufteilung durch nachgeschaltete Frequenzweichen erfolgt, als auch in Anlagen, in denen jedem Teilfrequenzband ein eigener Endverstärker zugeordnet ist und infolge dessen die Frequenzaufteilung schon vorher erfolgen muß. In dem ersten Fall, bei dem die Frequenzaufteilung erst hinter dem gemeinsamen Endverstärker geschieht, bringt die Anwendung von Korrekturimpulsen von der in Figur 2B dargestellten Form Vorteile, da diese Impulse oberwellenarm sind und damit die Gefahr, daß Oberwellen in ein höheres Frequenzband fallen, verringert wird.

[0055] Es kann ausreichend sein, die Korrektur nur im Tieftonbereich oder im Tiefton- und Mitteltonbereich durchzuführen.

[0056] Die beschriebenen Korrekturmaßnahmen können auch in Verbindung mit einem gegengekoppelten System vorgenommen werden, wie das in Figur 4 in Strichlinien dargestellt ist. Ein solches gegengekoppeltes System ist beispielsweise durch die DE-AS 21 17 847 bekannt. Es ist zweckmäßig, die Gegenkoppelung GK jeweils für die Dauer der Einspeisung der Korrekturimpulse zu unterbrechen. Dies kann mit Hilfe einer weiteren Torschaltung SG geschehen, die durch das Ausgangssignal der Korrektursignal-Steuereinrichtung KST, z. B. bei dem Ausiührungsbeiepiel gemäß Figur 6, durch die konjuaktiv verknüpften, iavertierten luegangssignale der beiden RS-Flipflops FF11 und FF21 gseteuert wird.

[0057] Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch mittels einer Digitalsignale verarbeitenden, im übrigen äquivalenten Sohaltungsanordnung durchführbar. Liegen analoge Eingangsdaten, d.h. ein analoges Audiosignal AS vor, so sind die den Scheitelwerten und den Wendepunkten zugeordneten Werte analog/ digital-umzuaetzen und sind die dem Endverstärker zuzuführenden Signale wieder digital/analog-umzueetsen. Liegen die Audioeignale in digitsler Form vor, s.B, als PCM-Signale, so erfolgt deren Korrektur sweckmäBig auf digitalem wege.

[0058] Die Erfindung wurde ausführlich mit Bezug auf die Korrektur von Audiosignalen erläutert, die einen Lautsprecher, z.B. dessen Membran, anregen; sie ist jedoch auch bei anderen Signalen anwendbar, die andere Trägheit bei plötzlichen Pegeländerungen aufweisende Elemente anregen, d.h. Elemente, die plötzlichen Pegeländerungen nicht folgen können und dadurch das von dem Element absngebende Signal verfälschen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbesseorung des Einschwingverhaltens eines durch ein Eingangssignal, insbesondere ein Audiosig· nal, angeregten Trägheit bei plötzlichen Pegeländerungen aufweisenden Elemente, inebesondere eines Lautsprechers, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) jeweils zwei aufeinanderfolgende Soheitelwerte (S, S*) des Eingangssignals (AS) werden hinsichtlich Betrag und Vorzeichen miteinander verglichen,

b) abhängig von den Vergleichsergebnissen werden Korrekturimpulse (KI1, KI2) erzeugt, die höchstens zwischen zwei aufeinanderfolgenden Scheitelpunkten (S, S*) wirksam sind und deren Amplitude der Differenz der Beträge der Scheitelwerte angepaßt ist,

o) die Korrekturimpulse (KI1, KI2) werden dem Eingangesignal (ASV) nach Verzögerung überlagert, wobei die Verzögerungezeit gleich der Dauer von Korrekturimpulsen (KI1, KI2) für Schwingungen mit der niedrigsten für die Widergabe vorgesehenen Frequenz ist und für die überlagerung folgende Kriterien gelten:

oa) ein die Änderung der Momentanwerte des Eingangssignals (ASV) unterstützender Korrekturimpule (KI1, KI2) wird überlagert, wenn beide Scheitelwerte gleiches Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert kleiner ist als der zweite oder wenn die Scheitelwerte verschiedene Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert kleiner ist als der zweite und das Verhältnis des größeren zum kleineren Scheitelwert einen vorgegebenen Wert übersteigt,

ob) ein der Änderung der Momentanwerte des Eingangssignals (ASV) entgegenwirkender Korrekturimpule (KI1, KI2) wird überlagert, wenn beide Soheitelwerte gleiches Vorzeichen haben und der erste Scheitelwert größer ist als der zweite oder wenn die Scheitelwerte verschiedeaes Vorzeichen haben und der erste Scheitel wert größer ist als der zweite und das Verhältnis des größeren sum kleineren Soheitelwert einen vorgegebenen Wert übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale (KI1, KI2) durch zeitgerechte Abtastung eines durch Differentiation des verzögerten Eingangssignals (ASV) abgeleiteten Hilfeaignals bzw. durch Abtaatung den invertierten Hilfssignals erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeiohnet, daß es in Verbindung mit einer Gegenkopplungsanordnung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Gegenkopplung für die Dauer der Einspeisung von Korrekturimpulsen außer Punktion gesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daduroh gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich des Eingangssignals in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt wird und das Verfahren ausgewählt auf mindeatens eines der Frequenzbänder angewendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB das ausgewählte Frequenzband die tieferen Frequenzen den Frequenzbereiche enthält.

7. Sohaltungeanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Signalquelle zur Lieferung des Eingangssignals und mit einem Endverstärker zur Anregung des Elemente, gekennzeichnet durch

a) ein Verzögorungsglied (DEL) zur Verzögerung den Eingangssignals (AS),

b) eine Einrichtung (KSG) zur Bildung der Korrektursignale (KI1, KI2), o) einen Signalanalysator (SAN) zur Erzeugung von Scheitelpunktimpulaen (SI) und von Wendepunktimpuleen (WPI) sowie zum Vergleich von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Scheitelwerten nach Betrag und Vorzeichen,

d) und eine Korrektursignal-Steuereinrichtung (KST) zur Steuerung der überlagerung des verzögerten Eingangasignals (ASV) mit Korrekturimpulsen (KI1, KI2) entsprechend den vom Signalanalysator (SAR)gelieferten Intormationen (WPI, SI_k1, SI_k2).

8. Sohaltungeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenazeiohnet, daß das Perzögerungsglied (DEL) zur Verzögerung des Eingangssignale (AS) als Schieberegister ausgebildet ist, dessen Stufenzahl (Z) und Schiebetakt (ZT) der zu erzielenden Verzögerungazeit angepaßt sind, wobei die Frequenz des Schiebetaktes (ZT) groß gegen die höchste für die Wiedergabe durch das Element vorgesehene Frequens den Eingangssignals (AS) ist.

9. Sohaltungeanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Es sind ein n-stufiger Vorwärtszähler (CR, CR1, CR2) sowie n-stufige weitere Zähler (ZE11 bis ZE14 bzw. ZE21 bis ZE24) und Durchlaufzähler (ZA11 bis ZA14 bzw. ZA21 bis ZA24) mit 2ⁿ = z, die mit dem Schiebetakt (Zähltakt ZT) betrieben werden, vorgesehen,

b) der Vorwärtszähler (CR, CR1, CR2) wird jeweils durch einen den Beginn dee Rorrekturimpulses (KI1, KI2) in bezug auf das unverzögerte Eingangssignal (AS) markierenden Impuls (WPI, SI_Z) zurückgesetzt,

o) der augenblickliche Zählerstand des Vorwärtszählera (CR, CR1, CR2) wird durch einen das Ende des Korrekturimpulses (KI1, KI2) in bezug auf das unverzögerte Eingangssignal (AS) markierenden Impuls (SI_k1, SI_k2) in einen der weiteren Zähler (ZE11 bis ZE14 bsw. ZE21 bis ZE24) in syklisoher Vertausohung übergeben, gleichseitig wird ein zugeordneter Durchleufzähler (ZA11 bis ZA14 bsw. ZA21 bis ZA24) zurückgesetzt,

d) die weiteren Zähler (ZE11 bis ZE14 bzw. ZE21 bis ZE24) erzeugen beim Erreichen des höchsten Zählerstandes einen Impuls, der den Beginn eines Korrekturimpulses (KI1, KI2) in bezug auf das verzögerte Eingangssignal (ASV) bezeichnet,

e) die Durchlaufzähler (ZA11 bis ZA14 bzw. ZA21 bis ZA24) erzeugen beim Erreichen des höchsten Zählerstandes einen Impuls, der das Ende eines Korrekturimpulses (KI1, KI2) in bezug auf das verzögerte Eingangssignal (ASV) bezeichnet,

t) es sind mindestens ebenso viele weitere Zähler (ZE11 bis ZE14 bzw. ZE21 bis ZE24) und Durchlaufzähler (ZA11 bis ZA14 bzw. ZA21 bis ZA24) vorgesehen, als dem Verhältnis der oberen zu der unteren Grensfrequens den Eingangssignals (AS) entspricht.

Zeichnung