DE102005051699A1 - Physiologische Korrektur für Audio-Empfangssysteme - Google Patents

Abstract

Zur Verbesserung der akustischen Ausgabe bei Empfangsstörungen schlägt die Erfindung vor, das Audiosignal in verschiedenen Frequenzanteilen kontinuierlich zu überwachen. Wird durch die Analyse eine erfolgte Maßnahme zur Störungsunterdrückung aufgrund der Schnelligkeit der Änderungen im Frequenzspektrum erkannt, so wird als Korrektur über ein Steuersignal eine korrespondierende Anhebung der Lautstärke ausgelöst. Dabei entspricht der Betrag der Anhebung der Lautstärkeschwankung, wie sie durch die Änderungen im Frequenzspektrum physiologisch wahrgenommen werden würde.

Description

• Die Erfindung betrifft Audio-Empfangssysteme, z.B. für Rundfunkübertragungen im AM oder FM Bereich. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Einrichtungen in Fahrzeugen.
• Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf die Audioübertragung in Video-Empfangssystemen, z. B. Ton bei TV.
• Beim Rundfunkempfang kann es zu Störungen der Übertragung kommen. Ursache können Witterungseinflüsse sein (Gewitter), Störungen durch Betrieb schlecht abgeschirmter elektrischer Geräte in der Nachbarschaft, aber auch ungünstige Empfangsbedingungen durch die Position des Empfangssystems selbst. Diese Effekte sind naturgemäß Hauptproblem beim Audioempfang in Fahrzeugen, da sich hier ständig die Position des Fahrzeugs und damit neben der Richtung der Antenne sich auch der Empfangspegel ändert. Neben einer laufenden Änderung des empfangenen Signalpegels (z.B. Abschirmung/Schwächung durch Vorbeifahren an hohen Gebäuden) können eine Vielzahl von Funkstörungen wechselnder Quellen (z.B. andere Fahrzeuge) auftreten. Für den Fahrer, der sich beispielsweise mittels Radio über aktuelle Verkehrsereignisse informieren möchte, sind derartige Empfangsprobleme irritierend und störend.
• Bekannt sind für solche Empfangssysteme Verfahren, bei denen Übertragungsstörungen detektiert werden und bei einer Veränderung der Empfangsqualität durch entsprechende Ansteuerung der Komponenten zur Signalverstärkung die akustische Ausgabe ausgleichend nachgeregelt wird.
• Im einfachsten Fall wird der über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelte Pegel des Empfangssignals als Richtwert abgelegt und bei einer kurzzeitigen Schwankung des empfangenen Signalpegels die Verstärkung des Audiosignals so verändert, dass sie dem mittleren Pegel wieder entspricht. Eine derartige Vorrichtung ist z.B. beschrieben in der Druckschrift JP2004129187A1 . Dabei wird über einen vorgegebenen Zeitraum ein Mittelwert des Signalpegels gebildet und gespeichert (memorized long duration average level) und mit einem Kurzzeitwert des Pegels (short time average level) verglichen und je nach Grad der Abweichung die Verstärkung in definierten Stufen verändert. Dieses Verfahren ist geeignet bei Schwankungen der Lautstärke z.B. durch variierende Empfangsleistung, bewirkt jedoch keine Reduzierung von Störgeräuschen z.B. bei Einstreuung durch Betrieb von elektrischen Geräten in der Nähe.
• Für derartige Störungen sind andere Vorgehensweisen bekannt. So können Störgeräusche (Knistern, Knacken o.ä.) reduziert werden, indem die Audio-Übertragungskennlinie verändert wird. Hohe Frequenzen im akustischen Wahrnehmungsbereich werden bedämpft (Highcut-Filter), da Störgeräusche besonders durch hochfrequente Audioanteile übertragen werden. Zur Erhaltung eines ausgewogenen Klangbildes können zusätzlich auch niedrige Frequenzen bedämpft werden. Einen ähnlichen Effekt hat auch eine automatische Umschaltung von Stereo auf Mono. Derartige Eingriffe zur Geräuschunterdrückung mit einer Veränderung der akustischen Übertragungskennlinie bewirken jedoch als Nebeneffekt für den Nutzer den Eindruck, dass die Lautstärke schwankt.
• Die vorliegende Erfindung geht aus von diesem Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für Audioempfangssysteme insbesondere in Fahrzeugen ein verbessertes Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung zur Unterdrückung von Störungen zu entwickeln. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale. Die entsprechende Vorrichtung ist in Anspruch 6 charakterisiert. Details und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der jeweils zugeordneten Unteransprüche.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 und den darin verwendeten Bezugszeichen näher beschrieben. Dabei zeigt 1 das Schema eines Empfangssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens.
• Zur Verbesserung der akustischen Ausgabe bei Störungen schlägt die Erfindung vor, das Audiosignal in verschiedenen Frequenzanteilen zu überwachen und damit laufend für ein vorgegebenes Zeitfenster ein gemitteltes Frequenzprofil als Richtgröße zu generieren. Diese Richtgröße dient dann zur Bewertung des aktuellen Audiosignals. Dabei kann die Bewertung im einfachsten Fall mittels nach dB(A) vorgegebener Filterkurve erfolgen. Diese ist aber dem menschlichen Gehör nur bei mittel-lauten Geräuschen angepasst, nicht aber bei lauten und leisen Stellen. Alternativ kann die Bewertung analog einer Bestimmung des Schalldrucks erfolgen, derartige Angaben in phon sind aber heute nicht mehr üblich. Vorzugsweise erfolgt daher die Bewertung in sone und ist damit dem menschlichen Gehör am besten angepasst.
• Werden Störungen aktiv durch Änderung der Kennlinie der akustischen Übertragung (auch: Stereo/Mono-Umschaltung) unterdrückt, so ändert sich das Frequenzprofil gegenüber dem gemittelten Frequenzprofil kurzfristig. Diese Änderung wird detektiert und das Maß der Veränderung zur Bestimmung der Steuergröße für eine entsprechende Anhebung der Lautstärke verwendet. Dabei wird die Lautstärke nur in dem Maße angehoben, wie es der physiologischen Wahrnehmung des veränderten Klangbildes entspricht. Die bisher beim Hörer subjektiv als Lautstärkeschwankung empfundene Verringerung bestimmter (insbesondere hoher) akustischer Frequenzanteile wird damit im Höreindruck kompensiert.
• Bei den üblichen Unterdrückungsverfahren, z.B. durch High-Cut oder Stereo/Mono-Umschaltung, entspricht die Änderung des akustischen Frequenzspektrums dabei auch einem typischem Muster, d.h. nur bestimmte Frequenzanteile sind bedämpft, während andere Bereiche nahezu unverändert bleiben. In erweiterter Ausführung der Erfindung werden die detektierten Frequenzänderungen auf charakteristische Kennlinienverläufe analysiert, so dass bekannte Unterdrückungsmuster identifiziert werden. Dies hat den Vorteil, dass andere Schwankungen im Frequenzspektrum keine (Fehl-)Reaktion auslösen. Auch kann die Lautstärkekorrektur dem jeweilig identifizierten Unterdrückungsverfahren optimal angepasst werden.
• Die 1 zeigt das Schema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens in einem Empfangssystem. Wesentlich ist dabei die Stufe 4, die in dieser Anordnung einem bewertendem Filter entspricht, welches das Audiospektrum des aktuell anliegenden Audosignals misst und die Verstärkung dergestalt nachregelt, dass die physiologische Lautstärke annähernd konstant bleibt.
• Das eingehende Audiosignal wird zunächst in einem ersten Bearbeitungsschritt in Stufe 1 auf Störungen analysiert. In dieser Stufe können beispielsweise Schwankungen des eingehenden Pegels in bekannter Weise korrigiert werden und/oder Störsignale durch Beschränkung bestimmter Frequenzanteile (z.B. durch High-Cut oder auch Stereo/Mono-Umschaltung) reduziert werden. In der nachfolgenden Stufe 2 erfolgt die Endverstärkung des Audiosignals zur Ausgabe auf einem Lautsprechersystem 3. Die Stufen 1 bis 3 entsprechen also einem üblichem Empfangssystem bekannter Bauart.
• Zusätzlich ist hier die Stufe 4 vorgesehen, in der die Frequenzanteile des Audiosignals 5 nach Stufe 1 detektiert werden. Daraus wird kontinuierlich für ein vorgegebenes Zeitfenster ein mittleres Frequenzprofil als aktuelle Richtgröße bestimmt. Da das Frequenzprofil des bewerteten Audiosignals nicht als konstant angenommen werden kann, müssen 'normale' Schwankungen im Frequenzspektrum (Übergang von leisen zu lauten Musikstellen, von Sprache zu Musik, usw.) vom Filter bei der Mittelwertbildung (Referenzwert) unberücksichtigt gelassen werden. Die Wirkung der o.g. Störungsunterdrückung (Highcutfilter bzw. Stereo/Mono-Übergänge) erfolgt aber gegenüber normalen Frequenzänderungen sehr schnell (Sekundenbruchteile). Als primäres Kriterium zur Erfassung erfolgter Störungsunterdrückungsmaßnahmen werden daher erfindungsgemäß Zeitvorgaben (Schnelligkeit der Änderung) eingesetzt. Treten solche sprunghafte Änderungen auf, so werden diese in verschiedenen Bereichen des Frequenzprofils analysiert (z.B. der Betrag der Dämfung). Zusätzliche Kriterien können zur Verfeinerung der Analyse und/oder zur adäquaten Lautstärkeregelung herangezogen werden. Hierzu können beispielsweise die aktuellen (durch Störungsunterdrückung kurzfristig veränderten) Frequenzprofile daraufhin geprüft werden, ob sie korrespondieren mit den charakteristischen Mustern an Frequenzprofiländerungen, wie sie durch bekannte Verfahren zur Störungsunterdrückung hervorgerufen werden (z.B. Dämpfung nur in hohen und niedrigen Frequenzanteilen, entsprechend einem High-Cut und Low-Cut zur Störungsunterdrückung oder Wegfall von Stereo-Anteilen).
• Wird durch die Analyse eine erfolgte Störungsunterdrückung aufgrund der Schnelligkeit der Änderungen im Frequenzspektrum erkannt und – in erweiterter Ausführung der Erfindung – anhand des entsprechenden Musters der Typ der Störungsunterdrückung identifiziert, so wird als Korrektur über ein Steuersignal 6 eine korrespondierende Anhebung der Lautstärke ausgelöst. Dabei entspricht der Betrag der Anhebung der Lautstärkeschwankung, wie sie durch die Änderungen im Frequenzspektrum physiologisch wahrgenommen werden würde.
• Das beschriebene Verfahren kann durch analoge elektronische Komponenten durchgeführt werden, vorzugsweise aber durch digitale Signalverarbeitung, beispielsweise durch bereits im Empfangssystem vorhandene Audioprozessoren. Diese digitalen Schaltkreise können einerseits zur schnellen Erstellung von Frequenzprofilen und deren Zwischenspeicherung eingesetzt werden, als auch zum Vergleich mit gespeicherten Frequenzprofilen typischer Störungsunterdrückung und zur angepaßten Steuerung der Lautstärke zur physiologischen Korrektur.

Claims (7)

1. Verfahren zur Korrektur von Lautstärkeschwankungen, die bei Audio-Empfangssystemen durch Störungen des Empfangs hervorgerufen werden, wobei das Audio-Empfangssignal auf Veränderungen analysiert wird und daraus eine Regelgröße zur Variation der Signalverstärkung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich für ein vorgegebenes Zeitfenster aus dem Frequenzspektrum des Audio-Empfangssignals ein gemitteltes Frequenzprofil generiert wird und nach vorgegebenen Kriterien charakteristische Veränderungen dieses Frequenzprofils detektiert werden und daraus die Regelgröße zur Variation der Signalverstärkung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium ein Zeitrahmen (Sekundenbruchteile) für die Schnelligkeit der Veränderung des Frequenzprofils vorgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium die Übereinstimmung der Veränderung des Frequenzprofils mit einem als Vergleichsmuster gespeicherten Frequenzprofil vorgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Muster Frequenzprofile definiert werden, die durch bekannte Maßnahmen zur aktiven Unterdrückung von Empfangsstörungen entstehen, z.B. durch High/Low-Cuts oder Stereo/Mono-Umschaltung.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße zur Variation der Signalverstärkung dergestalt bestimmt wird, dass die physiologische Lautstärke der Audioausgabe konstant bleibt.
6. Audio-Empfangssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Mitteln (1) zur Erfassung und Unterdrückung von Störungen im Audiosignal, Mitteln zur Verstärkung (2) und Wiedergabe (3) des Audiosignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (4) zur Erstellung und Analyse von Frequenzprofilen des zugeführten Audiosignals (5) und Ansteuerung (6) der Signalverstärkung vorhanden ist.
7. Audio-Empfangssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Filter (4) Mittel zur Speicherung bekannter Frequenzprofile als Referenzwerte vorhanden sind.