DE102012220137A1 - Circuit arrangement and method for testing a microphone and system for operating a microphone with such a circuit arrangement - Google Patents
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Abstract
Um eine schnelle, einfache und präzise Prüfung eines Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, mit geringem Schaltungsaufwand zu ermöglichen, wird eine Schaltungsanordnung (100; 200) zum Prüfen eines derartigen Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, vorgeschlagen, die wenigstens eine Prüfsignal-Erzeugungsstufe (120), durch die das Mikrofon (110) mit einer Prüfwechselspannung (UP) beaufschlagbar ist, sowie eine Auswertestufe (130) umfasst, der ein vom Mikrofon (110) abgreifbares Messsignal (UM), insbesondere nach einer Vorverstärkung, sowie ein Sollwertsignal zuführbar sind und die zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons (110) enthaltenden Ergebnissignals ausgestaltet ist.In order to enable a quick, simple and precise testing of a microphone (110), in particular a dynamic microphone, with little circuit complexity, a circuit arrangement (100; 200) for testing such a microphone (110), in particular a dynamic microphone, is proposed at least one test signal generation stage (120), by means of which the microphone (110) can be subjected to a test alternating voltage (UP), and an evaluation stage (130) which comprises a measurement signal (UM) which can be picked up by the microphone (110), in particular after preamplification , and a setpoint signal can be supplied and which is designed to emit a result signal containing information about a possible defect of the microphone (110).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons. Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement and a method for testing a microphone. The invention further relates to a system for operating a microphone with such a circuit arrangement.
Aus der
Durch die feste Zuordnung mindestens eines, bevorzugt aber mehrerer Lautsprecher zu jedem Mikrofon ergibt sich für die bekannte Mikrofonprüfeinrichtung insgesamt ein ungünstig hoher Schaltungsaufwand.Due to the fixed assignment of at least one, but preferably more loudspeakers to each microphone results for the known microphone testing a total of an unfavorable high circuit complexity.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons zu schaffen, die den erforderlichen Schaltungsaufwand verringern. Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung zu schaffen, in dem ein solches Verfahren angewandt werden kann.The invention has the object to provide a circuit arrangement and a method for testing a microphone, which reduce the required circuit complexity. The invention also has the object of providing a system for operating a microphone with such a circuit arrangement in which such a method can be used.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Prüfen eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend eine Prüfsignal-Erzeugungsstufe, durch die das Mikrofon mit einer Prüfwechselspannung beaufschlagbar ist, sowie eine Auswertestufe, der ein vom Mikrofon abgreifbares Messsignal, insbesondere nach einer Vorverstärkung, sowie ein Sollwertsignal zuführbar sind und die zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals ausgestaltet ist.This object is achieved by a circuit arrangement for testing a microphone, in particular a dynamic microphone, comprising at least a test signal generating stage, by which the microphone can be acted upon by a test AC voltage, as well as an evaluation stage, the one tapped by the microphone measurement signal, in particular after a pre-amplification, as well as a setpoint signal can be supplied and which is designed to output a information about a possible defect of the microphone containing result signal.
Die Erfindung ermöglicht eine schnelle, einfache und präzise Prüfung des Mikrofons mit geringem Schaltungsaufwand. Insbesondere werden die im vorstehend zitierten Stand der Technik verwendeten, teuren, voluminösen und energieverzehrenden Lautsprecher durch eine sehr kompakte, einfach aufgebaute Schaltungsanordnung ersetzt, die zudem durch bauliche, insbesondere Halbleiterintegration, bevorzugt mit anderen, mit dem Mikrofon verbundenen Baugruppen, derart zusammengefasst werden kann, dass ein zusätzlicher Platzbedarf praktisch nicht mehr in Erscheinung tritt. Dabei verursacht der Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nur einen minimalen Stromverbrauch. Die Verwendung einer Prüfwechselspannung erlaubt darüber hinaus eine einfache Trennung zwischen dem Messsignal und Gleichströmen im Mikrofon und ermöglicht so eine einfache Messung ohne Offsetfehler.The invention enables a fast, simple and precise testing of the microphone with little circuit complexity. In particular, the expensive, voluminous and energy dissipating loudspeakers used in the above-cited prior art are replaced by a very compact, simply constructed circuit arrangement, which can also be combined by structural, in particular semiconductor integration, preferably with other modules connected to the microphone, that an additional space requirement practically no longer appears. The operation of the circuit arrangement according to the invention causes only a minimal power consumption. The use of a test AC voltage also allows a simple separation between the measurement signal and DC currents in the microphone and thus allows easy measurement without offset error.
Gemäß einer bevorzugen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Auswertestufe zum Detektieren einer Amplitude des Messsignals, zum daraus Bilden eines Amplitudensignals und zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich ausgestaltet. Dadurch wird eine einfache und offsetfreie Bildung des Amplitudensignals erreicht. Eine derartige Ausgestaltung der Auswertestufe ist sowohl für eine analoge als auch für eine digitale Signalverarbeitung und Signalauswertung einsetzbar.According to a preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the evaluation stage for detecting an amplitude of the measurement signal, for forming therefrom an amplitude signal and for comparing the amplitude signal with the setpoint signal and for generating the result signal from this comparison is configured. As a result, a simple and offset-free formation of the amplitude signal is achieved. Such an embodiment of the evaluation stage can be used both for analog and for digital signal processing and signal evaluation.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignal-Erzeugungsstufe ausgestaltet ist zum Beaufschlagen des Mikrofons mit der Prüfwechselspannung über wenigstens eine Serienimpedanz. Vorzugsweise handelt es sich dabei um wenigstens eine hochohmige Serienimpedanz. Dadurch wird eine Stromeinspeisung in das Mikrofon bewirkt, so dass als Messsignal unmittelbar eine durch die Prüfwechselspannung hervorgerufene Wechselspannung an Mikrofonanschlüssen abgegriffen werden kann. Eine auf diese Weise erfolgende Einspeisung der Prüfwechselspannung ist darüber hinaus kurzschlussfest. Ferner sind unterschiedliche Fehlerfälle des Mikrofons, die sich als Leerlauf an den Mikrofonanschlüssen, als Kurzschluss zwischen den Mikrofonanschlüssen oder als Kurzschluss zwischen wenigstens einem der Mikrofonanschlüsse und Masse bemerkbar machen, durch Auswertung des Messsignals präzise und eindeutig detektierbar.According to another advantageous development, the circuit arrangement according to the invention is characterized in that the test signal generating stage is configured to apply the test AC voltage to the microphone via at least one series impedance. This is preferably at least one high-impedance series impedance. As a result, a current feed is effected in the microphone, so that as a measurement signal directly caused by the test AC voltage AC voltage can be tapped at microphone connections. In addition, a supply of the test alternating voltage that takes place in this way is short-circuit proof. Furthermore, different error cases of the microphone, which make themselves noticeable as an open circuit at the microphone connections, as a short circuit between the microphone connections or as a short circuit between at least one of the microphone connections and ground, can be precisely and uniquely detected by evaluating the measurement signal.
Gemäß einer anderen Fortbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Prüfsignal-Erzeugungsstufe zum Erzeugen einer wenigstens weitgehend rechteckförmigen Prüfwechselspannung ausgestaltet. Eine rechteckförmigen Prüfwechselspannung kann sowohl mit analoger als auch mit digitaler Signalverarbeitung weiterverarbeitet werden und ist darüber hinaus durch einen Geräteprozessor, durch den die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie weitere Baugruppen, mit denen das Mikrofon in einem System zur Audiosignalverarbeitung gekoppelt sein kann, steuerbar sind, einfach und bevorzugt digital erzeugbar.According to another development of the circuit arrangement according to the invention, the test signal generation stage is designed to generate an at least substantially rectangular test AC voltage. A rectangular test alternating voltage can be further processed both with analog and with digital signal processing and is furthermore simple and preferred by a device processor, by means of which the circuit arrangement according to the invention as well as further modules, with which the microphone can be coupled in a system for audio signal processing, can be controlled digitally generated.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die Auswertestufe eine Gleichrichteranordnung zum Gleichrichten des Messsignals, insbesondere des Messsignals nach einer Vorverstärkung. Dies ermöglicht insbesondere für eine analoge Verarbeitung des Messsignals eine einfache Bestimmung des Amplitudensignals.According to a further preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the evaluation stage comprises a rectifier arrangement for rectifying the measurement signal, in particular the measurement signal after a preamplification. This allows a simple determination of the amplitude signal, in particular for analog processing of the measurement signal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die Auswertestufe eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich, und ist die Vergleichsschaltung ausgebildet zum Erzeugen des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals, wenn das Amplitudensignal um eine vorgebbare Differenz größer oder kleiner ist als das Sollwertsignal.According to a further advantageous refinement of the circuit arrangement according to the invention, the evaluation stage comprises a comparison circuit for comparing the amplitude signal with the desired value signal and for generating the result signal from this comparison, and the comparison circuit is designed to generate the result signal containing information about a possible defect of the microphone Amplitude signal by a predetermined difference is greater or less than the setpoint signal.
Nach dieser Fortbildung wird somit das Amplitudensignal mit einem Toleranzbereich für das Sollwertsignal verglichen. Fällt der Wert des Amplitudensignals in diesen Toleranzbereich, wird eine einwandfreie Funktion des Mikrofons erkannt. Liegt der Wert des Amplitudensignals dagegen außerhalb, d.h. unterhalb oder oberhalb dieses Toleranzbereichs, wird eine fehlerhafte Funktion bzw. ein Defekt des Mikrofons detektiert. Bei einer Leitungs- bzw. Kontaktunterbrechung, die sich als Leerlauf darstellt, nimmt das Amplitudensignal Werte oberhalb des Toleranzbereichs an. Bei einem Kurzschluss zwischen den Mikrofonanschlüssen nimmt das Amplitudensignal Werte unterhalb des Toleranzbereichs des Sollwertsignals an.After this training, the amplitude signal is thus compared with a tolerance range for the setpoint signal. If the value of the amplitude signal falls within this tolerance range, a perfect function of the microphone is detected. On the other hand, if the value of the amplitude signal is outside, i. below or above this tolerance range, a faulty function or a defect of the microphone is detected. At a line break or contact break, which is idle, the amplitude signal assumes values above the tolerance range. In the event of a short circuit between the microphone terminals, the amplitude signal assumes values below the tolerance range of the setpoint signal.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach einer anderen Ausgestaltung gekennzeichnet durch eine Mikrofon-Vorverstärkerstufe, deren Eingang mit dem Mikrofon und deren Ausgang sowohl mit der Auswertestufe als auch mit einer Audiosignal-Verarbeitungsschaltung verbunden ist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Verstärken des Messsignals oder eines vom Mikrofon abgegebenen Audio-Nutzsignals. Da eine derartige Mikrofon-Vorverstärkerstufe im Zusammenhang mit einer Audiosignal-Verarbeitungsschaltung in aller Regel ohnehin vorgesehen ist, wird für die Verstärkung des Messsignals kein zusätzlicher Schaltungsaufwand benötigt.According to another embodiment, the circuit arrangement according to the invention is advantageously characterized by a microphone preamplifier stage whose input is connected to the microphone and its output both to the evaluation stage and to an audio signal processing circuit and which is adapted to selectively amplify the measurement signal or one from the microphone delivered audio useful signal. Since such a microphone preamplifier stage is generally provided anyway in connection with an audio signal processing circuit, no additional circuit complexity is required for the amplification of the measurement signal.
Insbesondere für den Betrieb von dynamischen Mikrofonen ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass derartige Mikrofon-Vorverstärkerstufen durch die Bauart des Mikrofons bedingt bevorzugt gleichstromentkoppelt ausgestaltet sind. Dadurch ergibt sich ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand für die Gewinnung des Messsignals zugleich mit einer Trennung zwischen Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten am Mikrofon und des vom Mikrofon abgegebenen Audio-Nutzsignals auch eine Abtrennung des Messsignals von den Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten und damit eine Unterdrückung möglicher Offsetfehler.In particular, for the operation of dynamic microphones, there is the additional advantage that such microphone preamplifier stages are preferably designed to be DC-coupled by the design of the microphone. This results in no additional circuit complexity for the acquisition of the measurement signal at the same time with a separation between DC or DC components on the microphone and the output from the microphone audio signal useful also a separation of the measurement signal from the DC or DC components and thus a suppression of possible offset error.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswertestufe von der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung umfasst. Dies ist bevorzugt bei einer digitalen Audiosignalverarbeitung von Vorteil, weil dadurch bereits vorhandene Baugruppen doppelt genutzt werden können und auf diese Weise Schaltungsaufwand gespart wird.In an advantageous development, the evaluation stage is comprised by the audio signal processing circuit. This is preferably advantageous in the case of digital audio signal processing, because this means that already existing modules can be used twice and in this way circuit expenditure is saved.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zum Betreiben eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend ein Mikrofon zum Abgeben eines Audio-Nutzsignals, eine Audiosignal-Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten des Audio-Nutzsignals und eine Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung, wobei das System eine Schaltungsanordnung der vorbeschriebenen Art zum Prüfen des Mikrofons enthält. Das System kann darüber hinaus weitere Baugruppen umfassen, die zur Verarbeitung oder Weiterleitung eines in der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung aufbereiteten Audio-Nutzsignals dienen, z.B. eine Telefoneinheit zum Übertragen des vom Mikrofon aufgenommenen Audio-Nutzsignals in eine Fernsprechverbindung.The object mentioned at the outset is further achieved by a system for operating a microphone, in particular a dynamic microphone, comprising at least a microphone for outputting an audio useful signal, an audio signal processing circuit for processing the audio useful signal and an audio signal reproduction device, the system a circuit arrangement of the type described above for testing the microphone includes. The system may further comprise further subassemblies which serve to process or forward an audio payload signal processed in the audio signal processing circuit, e.g. a telephone unit for transmitting the recorded audio signal from the microphone in a telephone connection.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, zur Durchführung mit einer Schaltungsanordnung und/oder in einem System der vorbeschriebenen Art, wobei das Verfahren die nachstehenden Verfahrensschritte umfasst:
- • Erzeugen einer Prüfwechselspannung, vorzugsweise einer rechteckförmigen Prüfwechselspannung,
- • Beaufschlagen des Mikrofons mit der Prüfwechselspannung, vorzugsweise der rechteckförmigen Prüfwechselspannung,
- • Abgreifen eines Messsignals vom Mikrofon,
- • Zuführen des Messsignals, insbesondere nach einer Vorverstärkung, an die Auswertestufe,
- • Zuführen eines Sollwertsignals an die Auswertestufe,
- • Vergleichen des Messsignals mit dem Sollwertsignal, und
- • Bilden und Abgeben des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals.
- Generating a test alternating voltage, preferably a rectangular test alternating voltage,
- Subjecting the microphone to the test alternating voltage, preferably the rectangular test alternating voltage,
- Tapping a measurement signal from the microphone,
- Supplying the measurement signal, in particular after preamplification, to the evaluation stage,
- Supplying a setpoint signal to the evaluation stage,
- • Compare the measurement signal with the setpoint signal, and
- Forming and outputting the information signal containing a possible defect of the microphone.
Damit ist eine einfache und zuverlässige Prüfung des Mikrofons möglich, die auch leicht automatisierbar ist.For a simple and reliable testing of the microphone is possible, which is also easy to automate.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. Show it
In den Figuren übereinstimmende Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures matching elements are provided with the same reference numerals.
In
Die Prüfsignal-Erzeugungsstufe
Durch die von der Signalquelle
Die Anschlüsse des Mikrofons
Die Auswertestufe
Die Auswertestufe
Der Ausgangsanschluss
Das System gemäß
In dem vorbeschriebenen System gemäß
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist bevorzugt einsetzbar zum Prüfen dynamischer Mikrofone, da für diese grundsätzlich ein gleichspannungsentkoppelter Wechselspannungsverstärker als Mikrofon-Vorverstärkerstufe vorgesehen ist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dient dieser Verstärker zur Verstärkung des Messsignals während des Prüfvorgangs. Durch die Gleichspannungsentkopplung ist die Schaltungsanordnung robust gegen Offsetfehler und sehr genau in der Verstärkung der Messgröße. Die Einspeisung des sehr kleinen Prüfwechselstromes in das Mikrofon erfolgt hochohmig und ist damit robust gegen Kurzschlüsse gegen die Versorgungsspannung und Masse. Der zusätzliche Schaltungsaufwand für die Prüfung ist gering, da schon vorhandene Schaltungsteile genutzt werden.The circuit arrangement according to the invention can preferably be used for testing dynamic microphones, since a DC-decoupled AC amplifier is provided as a microphone preamplifier stage for them in principle. In the case of the circuit arrangement according to the invention, this amplifier serves to amplify the measurement signal during the test procedure. Due to the DC decoupling, the circuit arrangement is robust against offset errors and very accurate in the gain of the measured variable. The supply of the very small test alternating current in the microphone is high-impedance and is therefore robust against short circuits against the supply voltage and ground. The additional circuit complexity for the Testing is low because already existing circuit parts are used.
Im normalen Betrieb wird das Audio-Nutzsignal des Mikrofons in der Mikrofon-Vorverstärkerstufe potentialfrei und symmetrisch verstärkt. In der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung wird das verstärkte Audio-Nutzsignal für eine Wiedergabe, z.B. für eine Telefon-Freisprechfunktion oder Passagierdurchsagen in einem Fahrzeug, verarbeitet und der Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung, z.B. durch Fahrzeuglautsprecher gebildet, oder einer Telefoneinheit zugeführt. Die Prüfsignal-Erzeugungsstufe und die Auswertestufe haben keinen Einfluss auf die Signalverarbeitung des Audio-Nutzsignals.In normal operation, the audio useful signal of the microphone in the microphone preamplifier stage is potential-free and symmetrically amplified. In the audio signal processing circuit, the amplified audio payload signal for reproduction, e.g. for a hands-free telephone or passenger announcement in a vehicle, processed and the audio signal playback device, e.g. formed by vehicle speakers, or supplied to a telephone unit. The test signal generation stage and the evaluation stage have no influence on the signal processing of the audio user signal.
Durch Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses der Prüfwechselspannung, d.h. der rechteckförmigen Steuerspannung am Eingangsanschluss
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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