Großer Klang aus kleinen Geräten
Spatial-Audio-IC für Lautsprecher-Arrays mit 4 bis 16 Lautsprechern
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Beamforming-Prozessor und Verstärker in einem IC
Erstmals hat ein Halbleiterhersteller die Beamforming-Technik, speziell für den Einsatz in mobilen Geräten, in einen Chip integriert. Kern des Spatial-Array-IC LM48901 von Texas Instruments ist ein stromsparender Spatial Processing DSP. Zusätzlich sind im IC vier Klasse-D-Verstärker mit je 2 W Leistung, ein Stereo-ADU mit 18 bit als Eingang für analoge Audiosignale sowie ein I²S-Interface für digitale Audiosignale integriert (Bild 2).
Gesteuert wird der IC über einen I²C-Bus. Bis zu vier dieser „Quad Class D Spatial Array“ genannten ICs lassen sich kaskadieren, um Arrays aus bis zu 16 Lautsprechern anzusteuern. Die Leistungsverstärker mit Vollbrückenendstufe können auch parallel geschaltet werden, um höhere Ausgangsleistungen zu erzielen - z.B. zum Treiben eines Basslautsprechers. Mit einem LM48901 lässt sich so auch ein 2.1-Stereosystem realisieren.
Bereits mit nur vier Lautsprechern kann der LM48901 zwei definierte Klangkeulen (Beams) mit verbesserter Klangqualität generieren - einen für den rechten Kanal in der Nähe des rechten Ohrs des Zuhörers und einen für den linken Kanal nah am linken Ohr.
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Um die Klangfelder für den linken und rechten Kanal sauber getrennt und präzise zu platzieren, wird nicht nur die konstruktive Interferenz genutzt. „Übersprechende“ Schallwellen des rechten Kanals auf das linke Ohr zum Beispiel werden durch gegenphasige Signale gedämpft, die zusammen mit dem Audiosignal des linken Kanales ausgegeben werden.
Das Prinzip wird analog auch für den anderen Kanal genutzt. Diese auch als „Crosstalk Cancelling“ bezeichnete gezielte Dämpfung durch destruktive Interferenz sorgt mit dafür, dass angesichts des geringen Abstands zwischen linkem und rechtem Ohr eine überraschend hohe Kanaltrennung erreicht wird (Bild 3).
Kinosound für unterwegs
Der neue LM48901 von TI kann noch mehr. Zusätzlich zum Beamforming und Crosstalk Cancelling nutzt er eine psychoakustische Klangverarbeitung, die auf einem als „Head Related Transfer Function“ (HRTF) bezeichneten Verfahren basiert, um ein Klangerlebnis auf Kino-Niveau zu erzeugen. Das Gehirn des Menschen ist in der Lage, eine Schallquelle im Raum zu lokalisieren. Es kann auswerten, dass Schallwellen wegen der räumlichen Distanz zwischen den beiden Ohren mit einer gewissen zeitlichen Differenz und mit unterschiedlicher Intensität auf die beiden Trommelfelle treffen.
Mit der „kopfbezogenen Übertragungsfunktion“ im LM48901 lässt sich für jedes Ohr der Eindruck einer solchen zeitlichen Differenz vermitteln. Die HRTF-Technik ermöglicht es, virtuelle Schallquellen frei im dreidimensionalen Raum zu platzieren. Beamforming und Crosstalk Cancelling sorgen für die physische Platzierung des Klangfeldes im Raum, die HRTF-Technik überlistet das Gehirn und erzeugt so den Eindruck, der Schall käme aus verschiedenen Richtungen.
- Spatial-Audio-IC für Lautsprecher-Arrays mit 4 bis 16 Lautsprechern
- Beamforming-Prozessor und Verstärker in einem IC
- Komplexe Algorithmen, einfache Programmierung
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