Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

AG Digitale Signalverarbeitung

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Spezielle Digitale Filter

Lautsprecherentzerrung

Mit diesen Spezialfiltern versucht man, sich u.a. dem idealen Lautsprecher merklich zu nähern.

Entzerrung von Lautsprechern ist noch nicht weit verbreitet und geht im wesentlichen von einkanaligen (teilaktiven) Anordnungen aus. Im wesentlichen hat sie alleine den Lautsprecher im Blickfeld. Man geht davon aus, daß ein entzerrter Lautsprecher in jedem Abhörraum einen guten Gesamteindruck hinterläßt. Da das nicht unbedingt so sein muß, lohnt es sich durchaus, das Lautsprecher-Raum-System zu entzerren und Mehrweglautsprechersysteme zu berücksichtigen. Die Aufgabenstellung ist dann wesentlich schwieriger, da man beispielsweise nicht nur die Entzerrung eines Abhörpunktes, sondern vielmehr eines Teilraumes anstreben sollte und man sich ferner Gedanken machen muß, was denn die anzustrebende Lautsprecher-Raum-Übertragungscharakteristik sein soll.

Für die analoge und digitale Signalverarbeitung der Frequenzgangsentzerrung wurde ein Konzept erarbeitet. Das digitale Frequenzweichensystem benutzt zur Kanaltrennung im Frequenzbereich konventionelle digitale Butterworthfilter der Ordnung 2 für die Tief- und Hochpaßfunktion sowie die Ordnung 4 für die Bandpaßfunktion. In den Übertragungskanälen für tiefe, mittlere und hohe Töne befinden sich jeweils einstellbare Signalverzögerungen zum Laufzeitausgleich bzw. zur Einstellung mit dem Ziel einer günstigen Gesamtentwurfsaufgabe für die Phasenentzerrung. Rekursive minimalphasisge Betragsfrequenzgangsentzerrer korrigieren "Grobeffekte" wie Resonanzstellen und Einbrüche für die jeweiligen Kanäle. Ihre Entwurf erfolgt separat für die Kanäle. Die Phasenentzerrung wird zusammen mit der Betragsfrequenzgangsentzerrung global für alle drei Kanäle mit rekursiven Filter der Ordnung 24 oder nichtrekursiven Filtern der Ordnung 50 vorgenommen. In die Entwurfsaufgabe dieser Hauptfilter gehen die oben genannten Verzögerungszeiten als freie Parameter ein. Die Hardwareaustattung verwendet ein DSP-Board mit zwei Motorola Audio- DSP56362 bei 80MHz Taktfrequenz, das für High-Definition-Audio (24-Bit, Abtastfrequenz von 96kHz) ausgelegt ist und über AES/EBU-Empfänger und Sender verfügt. Die analogen Signale werden mit 24-Bit, 96kHz, Analog-Digital-Wandlern (Crystal CS5396) digitaliert. Hierzu stehen entsprechende Einsteckkarten zur Verfügung, die Übertrageransteuerung und AES/EBU-Interface verfügen. Die digitalen Signale werden mit drei zweikanaligen Digital/Analog-Wandlerkarten (AKM AK4393, 24-Bit, 96kHz) in analoge umgesetzt. Die verwendeten Einsteckkarten verfügen über ein AES/EBU-Interface und Ringkern-Ausgangsübertrager und sind zusätzlich mit programmierbaren Abschwächern ausgestattet. Die nun nötige Forschungsarbeit wird sich mit der Frage der Gewinnung von Zielfunktionen der nichtpunktoptimalen Entzerrung von Lautsprecher-Raumsystemen und der Formulierung der Entwurfs-Optimierungsprobleme der Entzerrungsfilter mit den zusätzlichen freien Zeitvariablen befassen.

Da Lautsprecher-Raum-Systeme nichtminimalphasige Systeme sind, enthält ihr Übertragungsverhalten einen maximalphasigen Anteil. Das System mit dem dazu reziproken Frequenzgang ist ebenfalls maximalphasig und hat die Eigenschaft, daß seine Impulsantwort nach links gegen Null konvergiert (anstatt nach rechts wie bei kausalen IIR-Systemen). Dieses System, das ein Teilsystem des erforderlichen Entzerrers ist, kann daher mit gewöhnlichen kausalen IIR-Filtern nur schlecht realisiert werden. FIR-Filter eignen sich grundsätzlich besser, haben aber den Nachteil, daß sie wegen der erforderlichen Länge der Impulsantwort sehr aufwendig werden. Als Alternative bieten sich hierzu antikausale IIR-Filter oder multiplikative FIR-Filter an. Erstere werden im Prinzip dadurch realisiert, daß man das zeitlich umgedrehte Signal durch ein gewöhnliches kausales IIR-Filter schickt und dessen Ausgangssignal nochmals zeitlich invertiert. Bei on-line-Signalen ist daher eine Segmentierung erforderlich. Multiplikative FIR-Filter verwenden auch Verzögerungselemente höherer Ordnung, wodurch die Länge ihrer Impulsantwort wesentlich größer ist als die Anzahl der verwendeten Multiplizierer. Der Einsatz beider Arten von Filtern zur Entzerrung von Lautsprecher- Raum-Systemen soll erforscht werden. Evtl. können zusätzliche Konzepte der Multifrequenztechnik berücksichtigt werden. Die dabei entworfenen Systeme sollen auf den Geräten des Postens (5) realisiert werden. Zur Analyse der Ergebnisse dienen die Geräte des Postens (2) und (1).

Es soll untersucht werden, ob die nichtlinearen Verzerrungen von Lautsprechern mittels Methoden der Regelungstechnik minimiert werden können. Die einfachste Methode der Regelung des dynamischen Lautsprechers ist seine Ansteuerung mit einem Verstärker mit negativem Ausgangswiderstand.

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