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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur aktiven Geräuschunterdrückung.
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Die aktive Geräuschunterdrückung, auch bezeichnet als aktive Lärmkompensation, wird beispielsweise eingesetzt in Kopfhörern, Ohrhörern oder Telefonen, um unerwünschte und störende Umgebungsgeräusche zu unterdrücken und den Nutzschall besser verständlich wiederzugeben. Um dies zu erreichen, wird mit einem eingebauten Mikrofon das Umgebungsgeräusch gemessen. Hieraus wird dann zur Kompensation dieses Umgebungsgeräuschs ein inverses Signal erzeugt und zu dem Nutzschall addiert. Am Ohr des Benutzers wird somit ein Umgebungsgeräusch akustisch ausgelöscht.
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Bei derartigen Systemen zur aktiven Geräuschunterdrückung wird an einer Stelle der Schaltung das Nutzsignal mit dem zur Kompensation der Umgebungsgeräusche aufbereiteten Signal des Mikrofons summiert. Hier werden zwei Möglichkeiten unterschieden, nämlich die aktive Summierung und die passive Summierung. Bei der aktiven Summierung befindet sich auf dem Weg des so erhaltenen Summensignals zum Lautsprecher noch ein aktives Element, wie beispielsweise ein Operationsverstärker. Bei der passiven Methode ist dies nicht der Fall.
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Das Dokument
DE 10 2005 043 361 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur aktiven Vibrationsgeräuschsteuerung/Regelung.
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Das Dokument
US 2009/0285408 A1 zeigt einen Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der passiven Summierung und geht aus von einer Schaltung, bei der das Summensignal einem Anschluss eines Lautsprechers zugeführt ist, dessen anderer Anschluss auf einen Bezugspotentialanschluss bezogen ist. Mittels eines invertierenden Verstärkers wird aus dem Geräuschsignal des Mikrofons ein Kompensationssignal erzeugt. Dieses wird mit dem Nutzsignal addiert, wobei das Summensignal dem Lautsprecher zugeführt wird. Bei der beschriebenen bekannten Schaltung wird kein zusätzlicher Schalter benötigt, um die aktive Geräuschunterdrückung zu deaktivieren. Zudem entsteht durch das Ein- und Ausschalten der aktiven Geräuschunterdrückung keine Lücke im Signal. Dadurch dass das Nutzsignal nicht über ein aktives Element geführt wird, ist der Energieverbrauch optimiert. Allerdings ist die Kalibrierung der aktiven Geräuschunterdrückung schwierig, weil sie durch die Impedanz der Quelle des Nutzsignals beeinflusst wird.
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Eine Aufgabe ist es folglich, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur aktiven Geräuschunterdrückung anzugeben, die demgegenüber verbesserte Eigenschaften beispielsweise bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber der Impedanz der Quelle des Nutzsignals aufweisen.
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Die Aufgabe wird gelöst mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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In einer Ausführungsform weist eine Schaltungsanordnung zur aktiven Geräuschunterdrückung einen ersten Eingang zum Zuführen eines Wiedergabesignals, einen zweiten Eingang zum Zuführen eines Sensorsignals, einen ersten und einen zweiten Anschluss eines Ausgangs, der zum Verbinden mit einem Lautsprecher eingerichtet ist, und eine Kompensationseinrichtung auf. Die Kompensationseinrichtung ist zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Geräuschsignals jeweils in Abhängigkeit des Sensorsignals ausgelegt. Der erste und der zweite Eingang ist über die Kompensationseinrichtung derart mit dem ersten und dem zweiten Anschluss des Ausgangs gekoppelt, dass am ersten Anschluss des Ausgangs ein virtuelles Wiedergabesignal und am zweiten Anschluss des Ausgangs ein Überlagerungssignal derart bereitgestellt ist, dass ein Differenzsignal zwischen dem virtuellen Wiedergabesignal und dem Überlagerungssignal dem Lautsprecher zuführbar ist. Dabei ist das virtuelle Wiedergabesignal in Abhängigkeit des zweiten Geräuschsignals und des Wiedergabesignals bereitgestellt. Das Überlagerungssignal ist in Abhängigkeit des ersten Geräuschsignals und des Wiedergabesignals bereitgestellt.
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Der Schaltungsanordnung wird das Wiedergabesignal und das Sensorsignal zugeführt. Die Kompensationseinrichtung erzeugt aus dem Sensorsignal das erste und das zweite Geräuschsignal. Durch die Kompensationseinrichtung und deren Kopplung mit den Eingängen und Anschlüssen des Ausgangs der Schaltungsanordnung wird dem anschließbaren Lautsprecher das Differenzsignal aus dem virtuellen Wiedergabesignal und dem Überlagerungssignal zugeführt.
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Durch die Kompensationseinrichtung und deren Kopplung mit den Eingängen und dem Ausgang der Schaltungsanordnung werden einerseits Umgebungsgeräusche im Raum vor dem Lautsprecher unterdrückt. Andererseits wird der Einfluss einer Impedanz der Audioquelle des Wiedergabesignals auf die Schaltungsanordnung verringert. Die Empfindlichkeit gegenüber einer Impedanz am ersten Eingang der Schaltungsanordnung wird damit deutlich verringert.
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Das Wiedergabesignal wird von einer Audioquelle, beispielsweise einem Audioplayer, bereitgestellt. Es stellt somit das Nutzsignal dar. Das Sensorsignal wird von einem Mikrofon aufgenommen und entspricht den Umgebungsgeräuschen, welche mit der aktiven Geräuschunterdrückung im Raum vor dem Lautsprecher ausgelöscht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist an dem mit dem ersten Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelten ersten Anschluss des Ausgangs ein virtueller Nullpunkt bezüglich des Sensorsignals gebildet.
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Der erste Anschluss des Ausgangs wird also nicht von dem Sensorsignal moduliert. Da sich an diesem Schaltungsknoten die Ströme von erstem und zweitem Geräuschsignal aufheben, ergibt sich bezüglich des Sensorsignals ein virtueller Nullpunkt.
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Dies bewirkt mit Vorteil, dass der Einfluss einer Impedanz auf Seiten der Quelle des Wiedergabesignals keinen Einfluss auf die Geräuschunterdrückung hat.
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Von der Kompensationseinrichtung wird das zweite Geräuschsignal so bereitgestellt, dass an einem Summenpunkt der passiven Summierung von Wiedergabesignal, erstem und zweitem Geräuschsignal über den Lautsprecher, also am ersten Anschluss des Ausgangs der Schaltungsanordnung ein virtueller Nullpunkt bezüglich des Sensorsignals entsteht.
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Ein virtueller Nullpunkt entspricht einer Verbindung zu einem Bezugspotentialanschluss, ohne dass hier wirklich ein Bezugspotentialanschluss vorliegt.
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In einer Weiterbildung ist ein Sensorsignal relevanter Anteil des zweiten Geräuschsignals betragsmäßig an einen Sensorsignal relevanten Anteil des Überlagerungssignals angepasst und zu diesem phaseninvertiert.
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Der von dem Sensorsignal beigetragene Stromanteil des zweiten Geräuschsignals entspricht in seinem Betrag dem von dem Sensorsignal beigetragenen Stromanteil des Überlagerungssignals, ist jedoch zu diesem invertiert. Am ersten Anschluss des Ausgangs der Schaltungsanordnung kompensieren sich somit die Ströme des zweiten Geräuschsignals und des Überlagerungssignals. An diesem Ausgang bleibt lediglich der Spannungsanteil des virtuellen Wiedergabesignals.
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Die Differenz aus virtuellem Wiedergabesignal und Überlagerungssignal wird dem am Ausgang der Schaltungsanordnung anschließbaren Lautsprecher zugeführt. Somit wird jedem Anschluss des Lautsprechers ein Signal, welches aus Überlagerung des Wiedergabesignals mit einem Geräuschsignal beziehungsweise einem invertierten Geräuschsignal erzeugt wurde, zugeführt.
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Dies trägt mit Vorteil dazu bei, die Unempfindlichkeit gegenüber einer Impedanz auf Seiten der Audioquelle weiter zu erhöhen.
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In einer Weiterbildung weist die Kompensationseinrichtung eine erste und eine zweite Treiberstufe auf. Ein Eingang der ersten Treiberstufe ist mit dem zweiten Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt. Am Ausgang der ersten Treiberstufe ist ein erster Summenknoten gebildet, an dem das erste Geräuschsignal bereitgestellt ist. Ein Eingang der zweiten Treiberstufe ist mit dem zweiten Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt. Am Ausgang der zweiten Treiberstufe ist ein zweiter Summenknoten gebildet, an dem das zweite Geräuschsignal bereitgestellt ist. Der erste Summenknoten ist mit dem zweiten Anschluss des Ausgangs der Schaltungsanordnung gekoppelt. Der zweite Summenknoten ist mit dem ersten Anschluss des Ausgangs der Schaltungsanordnung gekoppelt.
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In einer Weiterbildung weist die erste Treiberstufe einen mit ihrem Eingang verbundenen invertierenden Verstärker und einen diesem nachgeschalteten ersten Summenwiderstand, der mit dem ersten Summenknoten verbunden ist, auf. Die zweite Treiberstufe weist eine mit dem Eingang der zweiten Treiberstufe verbundene Serienschaltung umfassend zwei invertierende Verstärker und einen diesem nachgeschalteten zweiten Summenwiderstand, der mit dem zweiten Summenknoten gekoppelt ist, auf. Der erste und der zweite Summenwiderstand sind aneinander angepasst.
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Die Treiberstufen sind so ausgelegt, dass von einer Treiberstufe das Sensorsignal invertiert wird und von der anderen Treiberstufe das Sensorsignal wegen der zweifachen Invertierung nicht invertiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist am ersten Summenknoten ein erster, auf einen Bezugspotentialanschluss bezogener Tellerwiderstand zur Bildung eines ersten Spannungsteilers mit einem Widerstand des anschließbaren Lautsprechers angeschlossen. Am zweiten Summenknoten ist ein zweiter Spannungsteiler, aufweisend einen auf den Bezugspotentialanschluss bezogenen zweiten Teilerwiderstand und einen mit dem ersten Eingang der Schaltungsanordnung verbundenen Koppelwiderstand angeschlossen.
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In einer Weiterbildung sind der erste und der zweite Spannungsteiler gleich groß dimensioniert.
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Ein Signal am zweiten Summenwiderstand ist invertiert zu einem Signal am ersten Summenwiderstand. Da der erste Teilerwiderstand an den zweiten Teilerwiderstand angepasst ist, und da der Koppelwiderstand an den Widerstand des Lautsprechers angepasst ist, ergeben sich identische Verhältnisse bezüglich der bereitgestellten ersten und zweiten Geräuschsignale.
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In einer alternativen Ausführungsform sind der zweite Spannungsteiler und der zweite Summenwiderstand um einen Faktor K größer als der erste Summenwiderstand beziehungsweise der erste Spannungsteiler dimensioniert. Das der zweiten Treiberstufe zugeführte Sensorsignal ist in diesem Fall mit dem Faktor K verstärkt.
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Um eine Kompensation der Ströme des ersten und zweiten Geräuschsignals beizubehalten, wird durch Anpassen der Beschaltung des invertierenden Verstärkers der ersten Treiberstufe das Sensorsignal hier um den Faktor K verstärkt. Dadurch wird erreicht, dass der Anteil des Stromes im zweiten Geräuschsignal sehr viel geringer ist als der Strom, der von dem Wiedergabesignal zugeführt wird. Die Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung wird dadurch optimiert. Für eine Audioquelle ergeben sich somit mit Vorteil identische Verhältnisse bei eingeschalteter sowie bei ausgeschalteter Geräuschunterdrückung.
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Die Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung ergibt sich aus der Parallelschaltung von erstem und zweitem Spannungsteiler. Der erste Spannungsteiler weist eine um den Teilerwiderstand höhere Impedanz auf als der Widerstand des Lautsprechers. Vorzugsweise wird der Faktor K so dimensioniert, dass die durch den Teilerwiderstand erhöhte Impedanz des ersten Spannungsteilers durch die Parallelschaltung des zweiten Spannungsteilers kompensiert wird. Somit entsteht eine Eingangsimpedanz, die an die Impedanz des Lautsprechers angepasst ist.
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In einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung eine Anpassungseinheit, welche mit dem ersten Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist, welcher das virtuelle Wiedergabesignal zugeführt ist und welche zum Bereitstellen eines Gleichtaktsignals ausgelegt ist, auf. Das Gleichtaktsignal ist zur Aussteuerung der invertierenden Verstärker der ersten und zweiten Treiberstufe derart ausgelegt, dass ein Ausgangssignal eines jeweiligen invertierenden Verstärkers spannungsmäßig an ein jeweiliges Signal am ersten oder zweiten Summenknoten angepasst ist.
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Das Gleichtaktsignal wird derart bereitgestellt, dass das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers der ersten Treiberstufe spannungsmäßig dem Signal am ersten Summenknoten folgt. Des Weiteren wird das Gleichtaktsignal derart bereitgestellt, dass das Ausgangssignal des mit dem Ausgang der zweiten Treiberstufe verbundenen invertierenden Verstärkers der zweiten Treiberstufe spannungsmäßig dem Signal am zweiten Summenknoten folgt.
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Dadurch wird mit Vorteil erreicht, dass sowohl am ersten als auch am zweiten Summenwiderstand keine Spannung abfällt und somit kein durch das virtuelle Wiedergabesignal verursachter Stromfluss am Ausgang der invertierenden Verstärker der ersten und zweiten Treiberstufe auftritt. Dies vermindert die Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung deutlich.
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Der Ausdruck spannungsmäßig angepasst bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die betreffenden Signale in Betrag und Phase entsprechen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Gleichtaktsignal jeweils einem nichtinvertierenden Eingang des invertierenden Verstärkers der ersten Treiberstufe und einem nichtinvertierenden Eingang des mit dem Ausgang der zweiten Treiberstufe gekoppelten invertierenden Verstärkers der zweiten Treiberstufe zugeführt.
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In einer Weiterbildung weist die Anpassungseinheit einen dritten Spannungsteiler, welcher auf den Bezugspotentialanschluss bezogen ist, auf. Der dritte Spannungsteiler ist in seiner Dimensionierung an den ersten Spannungsteiler unter Berücksichtigung eines Verstärkungsfaktors der ersten und/oder zweiten Treiberstufe angepasst.
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Das Gleichtaktsignal stellt hierbei eine um den Verstärkungsfaktor der ersten und/oder zweiten Treiberstufe geteilte Version des virtuellen Wiedergabesignals dar. Dadurch wird erreicht, dass an den Ausgängen der invertierenden Verstärker von erster und zweiter Treiberstufe, deren Eingängen jeweils das Gleichtaktsignal zugeführt ist, das betragsmäßig gleiche Signal, nämlich das erste und das zweite Geräuschsignal, bereitgestellt ist. Somit entsteht am ersten und am zweiten Summenwiderstand kein Spannungsabfall und ein von dem virtuellen Wiedergabesignal verursachter Verluststrom am Ausgang dieser invertierenden Verstärker wird unterbunden.
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Zusätzlich wird dadurch vorteilhafterweise ein identischer Wiedergabepegel bei ein- und ausgeschalteten Treiberstufen bereitgestellt.
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In einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur aktiven Geräuschunterdrückung folgende Schritte auf:
- – Zuführen eines Wiedergabesignals,
- – Zuführen eines Sensorsignals,
- – Erzeugen eines ersten und eines zweiten Geräuschsignals jeweils in Abhängigkeit des Sensorsignals,
- – Erzeugen eines virtuellen Wiedergabesignals in Abhängigkeit des zweiten Geräuschsignals und des Wiedergabesignals,
- – Erzeugen eines Überlagerungssignals in Abhängigkeit des ersten Geräuschsignals und des Wiedergabesignals, und
- – Bereitstellen eines Differenzsignals aus virtuellem Wiedergabesignal und Überlagerungssignal für einen Lautsprecher.
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Dadurch, dass dem Lautsprecher an jedem seiner zwei Anschlüsse ein überlagertes Signal, nämlich das virtuelle Wiedergabesignal einerseits und das Überlagerungssignal andererseits, zugeführt wird, wobei jedes dieser Signale durch passive Summierung des Wiedergabesignals mit einem ersten oder zweiten Geräuschsignal gewonnen wird, hat ein Widerstand auf Seiten der Quelle des Wiedergabesignals keinen Einfluss auf die Geräuschunterdrückung.
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Die Schaltungsanordnung und das Verfahren sind zum Einsatz in Feed Forward und Feedback-Systemen zur aktiven Geräuschunterdrückung geeignet. Bei Stereosystemen ist für jeden Kanal eine oben beschriebene Schaltungsanordnung einzusetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile tragen gleiche Bezugszeichen. Insofern sich Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der Figuren wiederholt. Es zeigen:
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1 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip
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3 eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
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4 eine vierte beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten Eingang E1, einen zweiten Eingang E2, einen Ausgang mit zwei Anschlüssen A1, A2 für einen Lautsprecher Lsp und eine Kompensationseinrichtung Komp. Dem ersten Eingang E1 ist ein Wiedergabesignal Spb zugeführt. Dem zweiten Eingang E2 ist ein Sensorsignal Sanc zugeführt. Am ersten Anschluss A1 des Ausgangs ist ein virtuelles Wiedergabesignal Ssp1 bereitgestellt. Am zweiten Anschluss A2 des Ausgangs ist ein Überlagerungssignal Ssp2 bereitgestellt.
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Die Kompensationseinheit Komp weist eine erste Treiberstufe T1 und eine zweite Treiberstufe T2 auf. Die erste Treiberstufe T1 weist einen invertierenden Verstärker OP1 auf. Ein invertierender Eingang des invertierenden Verstärkers OP1 ist mit dem zweiten Eingang E2 der Schaltungsanordnung gekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang des invertierenden Verstärkers OP1 ist mit einem Bezugspotentialanschluss 10 verbunden. An den Ausgang des invertierenden Verstärkers OP1 ist ein erster Summenwiderstand Rsm2 geschaltet. Dieser ist mit seinem anderen Anschluss mit einem ersten Summenknoten N1 verbunden. Der Summenknoten N1 ist über einen ersten Teilerwiderstand Rsm1 mit dem Bezugspotentialanschluss 10 gekoppelt. Des Weiteren ist der erste Summenknoten N1 mit dem zweiten Anschluss A2 des Ausgangs der Schaltungsanordnung gekoppelt. Die zweite Treiberstufe T2 umfasst eine Reihenschaltung aufweisend zwei invertierende Verstärker OP, OP2. Der invertierende Eingang des invertierenden Verstärkers OP ist mit dem zweiten Eingang E2 der Schaltungsanordnung gekoppelt. Ein invertierender Eingang des invertierenden Verstärkers OP2 ist mit dem Ausgang des invertierenden Verstärkers OP gekoppelt. Die nichtinvertierenden Eingänge der invertierenden Verstärker OP, OP2 sind jeweils mit dem Bezugspotentialanschluss 10 verbunden. Ein Ausgang des invertierenden Verstärkers OP2 ist über einen zweiten Summenwiderstand Rsm2a mit einem zweiten Summenknoten N2 verbunden. Der zweite Summenknoten N2 ist einerseits über einen zweiten Teilerwiderstand Rsm1a mit dem Bezugspotentialanschluss 10 gekoppelt. Andererseits ist der zweite Summenknoten N2 über einen Koppelwiderstand Rspa mit dem ersten Eingang E1 der Schaltungsanordnung verbunden.
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Zwischen erstem und zweitem Anschluss A1, A2 des Ausgangs der Schaltungsanordnung ist ein Widerstand Rsp vorgesehen. Dieser entspricht dem Widerstand des zwischen erstem und zweitem Anschluss A1, A2 des Ausgangs der Schaltungsanordnung anschließbaren Lautsprechers Lsp.
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Ebenfalls gezeigt ist ein Mikrofon MIC, welches das Sensorsignal Sanc erzeugt. Das Sensorsignal Sanc ist dem zweiten Eingang E2 über eine Signalanpassungseinheit F zugeführt. Des Weiteren ist ein Stecker S, der zum Verbinden des ersten Eingangs E1 der Schaltungsanordnung mit einer Quelle für das Wiedergabesignal Spb ausgelegt ist, dargestellt. Die Quelle Q für das Wiedergabesignal Spb weist unter anderem einen Widerstand Rsrc auf.
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Das von dem Mikrofon MIC aufgenommene Sensorsignal Sanc wird dem zweiten Eingang E2 der Schaltungsanordnung zugeführt. In der ersten Treiberstufe T1 der Kompensationseinrichtung Komp wird das Sensorsignal Sanc einmal invertiert. Am ersten Summenknoten N1 wird das so gewonnene erste Geräuschsignal Sanc1 bereitgestellt. In der zweiten Treiberstufe T2 der Kompensationseinrichtung Komp wird das Sensorsignal Sanc im invertierenden Verstärker OP einmal invertiert und anschließend im invertierenden Verstärker OP2 ein zweites Mal invertiert. Das so gewonnene zweite Geräuschsignal Sanc2 wird über den zweiten Summenknoten N2 und den Koppelwiderstand Rspa am ersten Anschluss A1 des Ausgangs der Schaltungsanordnung bereitgestellt und dient der Kompensation eines von der ersten Treiberstufe T1 über den Lautsprecher Lsp eingekoppelten Stromes am ersten Eingang E1 der Schaltungsanordnung bzw. am ersten Anschluss A1 des Ausgangs der Schaltungsanordnung. Somit weist dieser Knoten E1 bzw. A1 das virtuelle Widergabesignal Ssp1 auf. Am ersten Summenknoten N1 ergibt sich das Überlagerungssignal Ssp2 in Abhängigkeit des ersten Geräuschsignals Sanc1 und des Wiedergabesignals Spb durch Stromsummation an den Widerständen Rsm1, Rsm2 und Rsp. Zwischen dem ersten Anschluss A1 und dem zweiten Anschluss A2 des Ausgangs der Schaltungsanordnung wird also das Differenzsignal aus virtuellem Wiedergabesignal Ssp1 und Überlagerungssignal Ssp2 bereitgestellt.
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Der erste und der zweite Summenwiderstand Rsm2, Rsm2a sind in ihrer Dimensionierung aneinander angepasst. Ein erster Spannungsteiler, welcher aus dem Widerstand Rsp des anschließbaren Lautsprechers Lsp und dem ersten Teilerwiderstand Rsm1 gebildet ist, ist in seiner Dimensionierung an einen zweiten Spannungsteiler, welcher aus dem zweiten Teilerwiderstand Rsm1a und dem Koppelwiderstand Rspa gebildet ist, angepasst. Durch diese Dimensionierung wird erreicht, dass bezüglich des Sensorsignals Sanc ein Stromanteil des zweiten Geräuschsignals Sanc2 betragsmäßig gleich groß ist wie ein Stromanteil des Überlagerungssignals Ssp2. Da sich diese beiden Stromanteile am ersten Anschluss A1 des Ausgangs gegenseitig aufheben, ergibt sich am ersten Anschluss A1 ein virtueller Nullpunkt bezüglich des Sensorsignals Sanc.
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Dies bewirkt mit Vorteil eine gleichbleibende Wirkungsweise der Geräuschunterdrückung bei jeder Impedanz der Wiedergabequelle Q. Dies gilt also auch für die Fälle, wenn die Wiedergabequelle Q abgesteckt oder kurzgeschlossen ist.
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Für die Spannungsanteile des ersten und des zweiten Geräuschsignals Sand, Sanc2 ergibt sich am ersten Anschluss A1 des Ausgangs der Schaltungsanordnung ein virtueller Nullpunkt. Dadurch wird der erste Anschluss A1 nicht von dem Sensorsignal Sanc oder von den davon abgeleiteten Geräuschsignalen Sand, Sanc2 moduliert. Da an eben diesem Anschluss A1 in passiver Art und Weise das Wiedergabesignal Spb mit dem Geräuschsignal Sanc2 gekoppelt wird, hat die Impedanz des Widerstands Rsrc der Audioquelle Q vorteilhafterweise keinen Einfluss auf die Wirkungsweise der aktiven Geräuschunterdrückung.
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Die Beschaltung der Operationsverstärker der invertierenden Verstärker OP, OP1 und OP2 erfolgt dabei so, dass die Stromkompensation am ersten Eingang E1 bewerkstelligt wird, also beispielsweise mit jeweils gleich großen Widerständen R.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Ausführungsbeispiel aus 1 mit folgenden Unterschieden: Es ist zusätzlich eine Anpassungseinheit in Form eines dritten Spannungsteilers Rin1, Rin2, welcher auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen ist, vorgesehen. Von diesem wird ein Gleichtaktsignal Sin am Verbindungspunkt der zwei Widerstände Rin1, Rin2 bereitgestellt, welches den nichtinvertierenden Eingängen der invertierenden Verstärker OP1, OP2 der ersten und zweiten Treiberstufe T1, T2 zugeführt ist. Das virtuelle Wiedergabesignal Ssp1 wird mittels dieses dritten Spannungsteiler Rin1, Rin2 geteilt und in Form des Gleichtaktsignals Sin den invertierenden Verstärkern OP1, OP2 zugeführt.
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Damit wird erreicht, dass am Ausgang der invertierenden Verstärker OP1 und OP2 das erste und das zweite Geräuschsignal Sand, Sanc2 derart bereitgestellt wird, dass an dem jeweiligen Summenwiderstand Rsm2, Rsm2a bezüglich des Wiedergabesignals Spb keine Spannung abfällt.
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Somit wird bezüglich des Wiedergabesignals Spb kein Strom aus den Treiberstufen T1, T2 verbraucht. Die Wiedergabelautstärke wird durch ein Ein- oder Ausschalten der Schaltungsanordnung nicht beeinflusst. Dies minimiert mit Vorteil die Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung zur aktiven Geräuschunterdrückung.
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Die Widerstände des dritten Spannungsteilers Rin1, Rin2 sind dabei folgendermaßen dimensioniert: Der Widerstand Rin1 ist N-mal so groß dimensioniert wie der Widerstand Rsp des Lautsprechers Lsp. Der Widerstand Rin2 ist nach folgender Formel dimensioniert: Rin2 = N·Rsm1/G.
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Dabei repräsentiert Rin2 den Widerstand Rin2, N entspricht dem Faktor N, Rsm1 entspricht dem ersten Teilerwiderstand Rsm1, G repräsentiert einen Faktor G. Der Faktor G entspricht einer Verstärkung des Gleichtaktsignals Sin in der ersten beziehungsweise zweiten Treiberstufe T1, T2.
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Bei beispielhafter Verwendung von gleichen Werten für Eingangs- und Rückkoppelwiderstände der Operationsverstärker OP1, OP2 in erster und zweiter Treiberstufe T1, T2 ergibt sich für G der Wert zwei als Verstärkungsfaktor.
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Der Faktor N wird entsprechend groß gewählt, also beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 2000, um sicher zu stellen, dass der dritte Spannungsteiler Rin1, Rin2 keine relevante Verringerung der Eingangsimpedanz hervorruft.
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Der Faktor M entspricht einem Verhältnis des Widerstands Rsp des Lautsprechers Lsp zum ersten Teilerwiderstand Rsm1. Der Faktor M wird vorzugsweise möglichst groß gewählt, also beispielsweise im Bereich 3 bis 30, um am ersten Teilerwiderstand Rsm1 nur einen geringen Anteil des Wiedergabepegels zu verlieren. Ein weiterer Grund für diese Wahl des Faktors M ist, dass sich gesetzt den Fall, dass die Operationsverstärker der invertierenden Verstärker OP1, OP2 nicht an eine Versorgungsspannung angeschlossen sind, durch die Ausgangstransistoren der invertierenden Verstärker OP1, OP2 eine Dioden-Klemmung an die Versorgungsknoten ergibt. Bei entsprechend großem M bleibt die Spannungsaussteuerung an den Knoten N1 und N2 kleiner als die Diodenspannung.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel von 2 mit folgenden Unterschieden: Die Widerstände des Spannungsteilers der zweiten Treiberstufe T2 sind um das K-Fache größer dimensioniert als die Widerstände des Spannungsteilers der ersten Treiberstufe T1. Im Einzelnen ist der Koppelwiderstand Rspa um das K-Fache größer dimensioniert als der Widerstand Rsp des Lautsprechers Lsp. Der Widerstand des zweiten Summenwiderstands Rsm2a ist um das K-Fache größer dimensioniert als der. Widerstand des ersten Summenwiderstands Rsm2. Der Widerstand des zweiten Teilerwiderstands Rsm1a ist um das K-Fache größer dimensioniert als der Widerstand des ersten Teilerwiderstands Rsm1. Der mit dem zweiten Eingang E2 der Schaltungsanordnung gekoppelte Widerstand des invertierenden Verstärkers OP ist mit dem Faktor K dividiert. Folglich wird das Sensorsignal Sanc in der zweiten Treiberstufe T2 mit dem Faktor K verstärkt.
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Durch die Multiplikation der Widerstandswerte wird der Strom, welcher durch den zweiten Spannungsteiler Rsm1a, Rspa und den zweiten Summenwiderstand Rsm2a fließt, um den Faktor K dividiert. Damit ist dieser Strom sehr viel kleiner als der Strom des virtuellen Wiedergabesignals Ssp1 durch den Lautsprecher Lsp. Die um den Faktor K hochohmigere Einkopplung wird durch die Verstärkung mit dem Faktor K am ersten invertierenden Verstärker OP der zweiten Treiberstufe T2 kompensiert. Damit ergibt sich für den ersten Ausgang A1 immer noch ein virtueller Nullpunkt bezüglich des Anteils des ersten und zweiten Geräuschsignals Sand, Sanc2.
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Die Summenwiderstände Rsm2, Rsm2a beeinflussen die Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung nicht, da an den Ausgängen der invertierenden Verstärker OP1, OP2 im eingeschalteten Modus kein Verluststrom fließt. Im ausgeschalteten Modus sind diese Ausgänge hochohmig.
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Der Faktor K wird dabei so festgelegt, dass die am ersten Eingang E1 vorliegende Impedanz der Impedanz des Lautsprechers Lsp entspricht. Dabei gilt gemäß der Parallelschaltung von erstem und zweitem Spannungsteiler:
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RE1 repräsentiert dabei die am ersten Eingang E1 vorliegende Impedanz RE1, Rsp repräsentiert den Widerstand Rsp des Lautsprechers Lsp, Rsm1 entspricht dem ersten Teilerwiderstand Rsm1, Rspa entspricht dem Koppelwiderstand Rspa und Rsm1a repräsentiert den ersten Teilerwiderstand Rsm1a.
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Um die Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung der Impedanz Rsp des Lautsprechers Lsp anzupassen wird der Faktor M an den Faktor K angepasst.
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Da die Verstärker der ersten und zweiten Treiberstufe T1, T2 lediglich den Stromanteil des Sensorsignals Sanc treiben, können für die hier eingesetzten Operationsverstärker mit Vorteil kleinere Bauformen gewählt werden als bei einer Implementierung auf Basis aktiver Summierung.
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4 zeigt eine vierte beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel aus 3 mit folgenden Unterschieden: Der dritte Spannungsteiler Rin1, Rin2 ist anders dimensioniert. Es ist ein weiterer Operationsverstärker OP', der mit dem dritten Spannungsteiler Rin1, Rin2 gekoppelt ist, zum Bereitstellen des Gleichtaktsignals Sin vorgesehen. Das Gleichtaktsignal Sin wird den invertierenden Eingängen der invertierenden Verstärker OP1 und OP2 zugeführt. Die Dimensionierung des dritten Spannungsteilers Rin1, Rin2 ist wie folgt: Rin1 = N·(Rsp + Rsm1); Rin2 = N·Rsm1.
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Rin1 repräsentiert den Widerstand Rin1, N entspricht dem Faktor N, Rsp repräsentiert den Widerstand Rsp des Lautsprechers Lsp, Rsm1 entspricht dem ersten Teilerwiderstand Rsm1, Rin2 repräsentiert den Widerstand Rin2.
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Bei dieser Ausführungsform sind die nichtinvertierenden Eingänge der invertierenden Verstärker OP1 und OP2 mit Vorteil mit dem Bezugspotentialanschluss 10 verbunden, wodurch die jeweiligen Operationsverstärker keiner sogenannten Common Mode Auslenkung folgen müssen. Da bei Geräuschunterdrückungssystemen üblicherweise 1,5 Volt Batterien für die Versorgung eingesetzt werden, ist der Common-Mode-Bereich der Operationsverstärker stark limitiert, was sich hier nicht in negativer Art und Weise bemerkbar macht.
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Bezugszeichenliste
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- E1, E2
- Eingang
- A1, A2
- Anschluss
- Sanc1, Sanc2
- Geräuschsignal
- Komp
- Kompensationseinrichtung
- Lsp
- Lautsprecher
- Ssp1
- virtuelles Wiedergabesignal
- Ssp2
- Überlagerungssignal
- Spb
- Wiedergabesignal
- Sanc
- Sensorsignal
- T1, T2
- Treiberstufe
- N1, N2
- Summenknoten
- OP, OP1, OP2
- invertierender Verstärker
- Rsm2, Rsm2a
- Summenwiderstand
- Rsm1, Rsm1a
- Teilerwiderstand
- Rsp
- Widerstand
- Rspa
- Koppelwiderstand
- Rin1, Rin2
- Widerstand
- Sin
- Gleichtaktsignal
- MIC
- Mikrofon
- S
- Stecker
- Rsrc, R
- Widerstand
- Q
- Quelle
- F
- Signalanpassungseinheit
