DE19520779C1 - Automatische Lautstärkekorrektur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Lautstärkekorrektur bei der Wiedergabe von Tonsignalen über einen Lautsprecher sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die Sendeanstalten Tonsig­ nale bei Fernseh- oder Audioprogrammen mit unterschiedlichen Hüben senden. Darüber hinaus ist gerade in der Begleitmusik zu Filmen oftmals eine Dynamikaussteuerung des Tons vorgesehen, um bestimmte Szenen durch einen musikalischen Begleitton besonders hervorzuheben. Insbeson­ dere ist es lästig, wenn beim Springen von einem Programm auf ein anderes Programm der Ton in unterschiedlichen Lautstärken zu hören ist. Der Fern­ sehzuschauer behilft sich in der Regel damit, daß er nach dem Umschalten auf ein anderes Programm die Lautstärkeeinsteller seiner Fernbedienung betätigt, um die Wiedergabelautstärke des Tons jeweils so zu korrigieren, daß er die Tondarbietung hören kann, andererseits aber auch keine über­ mäßige Lautstärke gegeben ist. Bei den oftmals gegebenen Gewohnheiten, wonach fortlaufend von einem Programm auf ein anderes Programm gesprungen wird, bedeutet dies, daß ständig der Fernbedienungsgeber für die Lautstärkekorrektur benutzt werden muß, was nicht nur zu einer fortlau­ fenden Bedienung führt, sondern auch zu einem schnelleren Verbrauch der Batterie, aus der der Fernbedienungsgeber gespeist wird.

Aus der DE 36 02 643 A1 ist es bekannt, in einer elektroakustischen Konfe­ renzanlage jedes Mikrofon mit einer Schaltung auszurüsten, die einen Dynamikregler und Einrichtungen enthält, um das Mikrofon weich von einem Grundpegel schnell zu einem Durchschaltpegel für eine Ton-Sammelleitung durchzuschalten und nach Abschaltung langsam (2 Sekunden) zum Grund­ pegel zurückzuführen. Das Tonsignal wird dabei beim Einschalten schnell ansteigend und bei niedrigem Pegel zu einem hohen Pegelgerät geregelt und beim Ausschalten langsam abfallend zum Grundpegel zurückgeführt. Es ist weiterhin eine Schwellwertschaltung vorgesehen, die eine Durchschalt­ einrichtung einschaltet, wenn ein voreinstellbarer Schwellwert erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung für eine Tonsignalwiedergabeeinrichtung der gattungsgemäßen Art anzuge­ ben, die sowohl für Monoton- als auch Stereotonwiedergabe einsetzbar ist und einen Lautstärkesteller derart automatisch in Abhängigkeit von dem Empfangspegel verändert, daß die gewählte Lautstärke bei der Wieder­ gabe nicht überschritten wird und dennoch eine möglichst verzerrungsfreie Wiedergabe des Tons gegeben ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren, das die Umsetzung eventueller empfangener analoger Tonsignale zunächst in digitale Tonsignale voraussetzt, bevor durch Spitzenwertdetektion, Filte­ rung und Gewichtung ein Korrekturfaktor ermittelt wird, der dem Lautstärke­ steller zur Korrektur des Einstellwertes zugeführt wird.

Im nebengeordneten Anspruch 8 ist alternativ ein analoges Verfahren ange­ geben, das gleichermaßen wirkt. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Ver­ fahrens nach Anspruch 1 sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 im Anspruch 9 und zweckmäßige Ausgestaltungen in den Ansprüchen 10 und 13 angegeben, während eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des im nebengeordneten Verfahrensanspruch 8 angege­ benen analogen Verfahrens im Anspruch 11 und eine Weiterbildung im Anspruch 12 angegeben sind. Auf die in den Ansprüchen angegebenen Ausgestaltungsformen wird verwiesen.

In beiden Verfahren, nämlich denen in Verbindung mit einem analogen oder digitalen Tonsignal ist es möglich, die Regelverzögerung jeweils einzustel­ len. So ist es z. B. bei Umschalten von einem Fernsehprogramm auf ein anderes erwünscht, daß die Regelung sofort erfolgt, während sie im laufen­ den Betrieb nicht so sprunghaft in Erscheinung treten soll, beispielsweise bei der Wiedergabe einer Szene in einem Film und eines überbetont wie­ dergegebenen Musikstückes mit hoher dynamischer Aussteuerung, um keine Tonverzerrungen wahrzunehmen. In diesem Fall erfolgt in gleicher Weise eine Korrektur der Lautstärkeeinstellung, jedoch zeitverzögert mit gleitendem Übergang.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf einfache Weise in Verbin­ dung mit bekannten Tonprozessoren bei der digitalen Verarbeitung unter Anwendung eines Filters einsetzen. Solche Prozessoren werden beispiels­ weise von der Firma ITT Semiconductors Intermetall, D-79108 Freiburg, mit den Typenbezeichnungen MSP 3400, 3410, 3400 C bzw. 3410 C angeboten. Derartige Tonprozessoren weisen einen Lautstärke- und Balanceregler auf, der über einen I²C-Bus einstellbar ist. Ferner weisen sie einen Spitzenwertdetektor auf, der sowohl die Spitzenwerte bei Monoton- Übertragung als auch bei Stereoton-Übertragung in beiden Kanälen ermit­ telt. Die Spitzenwerte werden dabei für andere Zwecke ausgewertet. Nach der Erfindung können nun diese ermittelten Werte auf einfache Weise aus­ gelesen und einer Gewichtung unterzogen werden, wie es im Verfahren an­ gegeben ist.

Durch die Erfindung wird der Lautstärkesteller automatisch in Abhängigkeit vom gemittelten Spitzenwert des empfangenen Tonsignals so gesteuert, daß die vom Benutzer gewählte Lautstärke nicht überschritten, aber auch nicht auf Dauer deutlich unterschritten wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sowohl für analoge als auch digitale Tonsignalverarbeitungen sind in den Zeichnungen in Form von Block­ schaltbildern dargestellt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Grundprinzip der Regelung,

Fig. 2 eine analoge Regelungs- bzw. Korrekturschaltung zur Ermittlung eines Korrekturfaktors und

Fig. 3 eine digitale Lösung unter Verwendung einer Filterschaltung.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau dargestellt. Am Eingang 1 liegt ein analo­ ges Tonsignal an, das über Lautstärkesteller 33 gemäß Einstellung verstärkt und dem Ausgang 34 zugeführt wird, das von einem Lautsprecher in einer bestimmten Lautstärke wiedergegeben wird. Erfindungsgemäß ist nun vor­ gesehen, diesen Einstellwert automatisch in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals in gewünschter Weise zu korrigieren, damit keine Übersteuerung bzw. zu große Lautstärke wiedergegeben wird. Dazu liegt das Tonsignal an einem Spitzendetektor 6 an. Die Spitzenwerte werden in einer automatischen Lautstärkekorrekturschaltung 32 ausgewertet und ein Korrekturwert errechnet, der über die Leitung 27 dem elektronischen Ein­ stellglied des Lautstärkestellers zugeführt wird. Beispielsweise kann durch Multiplizieren die Korrektur in gewünschter Weise vorgenommen werden.

Die Korrekturschaltung kann analog oder digital aufgebaut sein.

In Fig. 2 ist in Form eines Blockschaltbildes eine analoge Ausführungsform angegeben. An den Eingängen 1 und/oder 2 liegt dabei entweder ein Mono- oder Stereosignal an, das über die Dioden 3 und 4 gleichgerichtet wird. Das gleichgerichtete Signal wird dem einen Eingang eines Operationsverstärkers 6 zugeführt, an dessen zweitem Eingang zum Vergleich ein Signal anliegt, das der Stillfunktion entspricht, so daß im Falle eines Stillsignals am Aus­ gang kein Signal anliegt und im Falle eines wiederzugebenden Tonsignals am Ausgang ein Signal anliegt, das einen Schalter 5 steuert. Im Falle, daß kein Signal anliegt, ist der Schalter 5 unwirksam, so daß die gleichgerichte­ ten Spitzenwerte nicht der Folgeschaltung zugeführt werden. Im Falle des Anliegens von wiederzugebenden Tonsignalen hingegen werden die Spit­ zenwerte der Signale einem RC-Glied aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 29 zugeführt, zu welchem parallel ein weiterer Kondensator 31 geschaltet ist. Die beiden Kondensatoren sind wahlweise anschaltbar und dienen zur Bestimmung eines mittleren Pegels aus den detektierten Emp­ fangssignalen bei Kanalumschaltung und Normalbetrieb. Die beiden Kon­ densatoren werden dabei über den Schalter 28 jeweils gegen Masse geschaltet. Die Steuerung erfolgt über den Bedienprozessor 14, der von einem Bedienteil 15 seinen Befehl erhält. Wird beispielsweise bei Fernseh­ empfang von einem Kanal auf einen anderen umgeschaltet, so nimmt jeweils im Umschaltungszustand der Schalter 28 die dargestellte Position ein, so daß infolge der kleineren Zeitverzögerung eine schnelle Regelung erfolgt, während sie im eingeschwungenen Zustand durch Umschalten des Schal­ ters 28 auf den Kondensator 31 eine langsamere Regelung während des Betriebes, d. h. der Wiedergabe, bewirkt. Der mittlere Pegel am Ausgang wird dem in Fig. 1 dargestellten Lautstärkesteller zugeführt, wodurch die eingestellte Lautstärke entsprechend korrigiert wird, was zu einer Anhebung, aber insbesondere auch zu einer Absenkung der Lautstärke in gewünschter Weise führt.

In Fig. 3 ist eine digitale Ausführung dargestellt, bei der die digitalisierten Tonsignale des linken und rechten Kanals an den Eingängen 1 und 2 anlie­ gen, wobei die linken oder rechten Signale über die Spitzenwertdetektoren 3 und 4 einem Maximum-Detektor 5 zugeführt werden, so daß immer der Spitzenwert beider Signale ermittelt wird. Der gemessene Spitzenwert wird in einem nachgeschalteten Stilldetektor 6 mit einem Referenzwert vergli­ chen. Liegt beispielsweise der Spitzenwert unter -42 dB bezogen auf die Aussteuergrenze, so wird dies als "still" identifiziert und die Regelung wird unwirksam. Liegt der Wert beispielsweise über -42 dB, so gibt der Stilldetektor das empfangene Tonsignal bzw. die ermittelten Spitzenwerte an ein Filter weiter, in welchem der mittlere Pegel festgestellt wird. Das Filter 7, dargestellt durch die Blöcke 8, den Addierer 9, den Block 10 und die Verzögerungsstufe 11, liefert einen mittleren Pegel bei Berücksichtigung einer Zeitkonstante für die Übertragungsfunktion in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Stilldetektors. Durch die Zeitverzögerung in der Softwareschleife über den Block 11 wird in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Einstellung durch eine Schaltlogik 14 erreicht, daß z. B. nach Programmwechsel die Regelung schnell läuft und im Betrieb langsamer. Die Konstante für die Übertragungsfunktion wird dabei in Abhängigkeit des entsprechenden Stellbefehls verändert. Diese benötigte Information ist symbolisch durch die Leitung 16 eingezeichnet. In der Praxis erfolgt dies unter Verwendung bekannter Softwarelösungen zur Realisierung eines sol­ chen digitalen PT1-Filters. Die Umschaltung erfolgt über Fallabfrage und Tabelle. Der gefilterte mittlere Pegel wird an y (k+1) über den Ausgang 12 anschließend in einen Sollkorrekturpegel umgerechnet. Dies erfolgt über eine Tabelle als Lin./Log.-Wandler und einen anschließenden Vergleich mit einem Referenzpegel im Subtrahierer 20, wobei der Referenzpegel über den Eingang 19 anliegt. Der Referenzpegel kann z. B. -24 dB betragen, bezogen auf die Aussteuergrenze.

Weiterhin durchläuft der so ermittelte Korrekturwert einen anschließenden Begrenzer 21, der die Korrektur beispielsweise auf ±12 dB begrenzt. Der so ermittelte Soll-Korrekturpegel wird einem I-Regler mit toter Zone 18 zuge­ führt, bestehend aus einem Subtraktionsglied 22, über das der begrenzte Soll-Korrekturpegel mit dem lst-Korrekturpegel am Ausgang 27 verglichen wird, weiterhin bestehend aus der toten Zone 23, weiterhin bestehend aus einem Integrierer, gebildet aus einem Addierglied 26 und einem Verzöge­ rungsglied 25, an dessen Ausgang der Ist-Korrekturpegel als Stellsignal für den Lautstärkesteller zur Verfügung steht.

Zur Bestimmung des Korrekturwertes wird der momentane Signalpegel, der einen bestimmten Stillpegel überschreitet, dem digitalen PT1-Filter zuge­ führt, an dessen Ausgang das Signal

anliegt. Die Zeitkonstante wird dabei für auf- und abklingenden Pegel sehr unterschiedlich gewählt. Bei T = 30 msec erscheinen Werte von q1 = 0 . . 2, q2 = 8 . . 10. Diese Werte werden als sinnvoll erachtet. Das Ausgangssignal des Filters bildet nach linear-logarithmischer Wandlung den mittleren Signalpegel in dB mit 1 dB Auflösung. Die Differenz aus dem mittleren Signalpegel und einem vorgegebenen Differenzpegel ergibt nach der Begrenzung den Sollkorrekturwert, wie vorher angegeben. Der Sollkorrek­ turwert geht auf den I-Regler wie beschrieben, der ein Akkumulator ist, mit einer toten Zone von ±1 dB, dessen Ausgangssignal den tatsächlichen Ist- Korrekturwert bildet. Dieser Korrekturwert wird zur aktuellen vom Benutzer gewählten Lautstärke hinzuaddiert. Dabei bewirkt der I-Regler mit toner Zone, daß die Verstellung in Einzelschritten von 1 dB erfolgt. Parameter mit typischen Werten sind:

Referenzpegel
-20 dB (bezogen auf die Aussteuergrenze)
Stillsignalpegel	-38 dB
Zeitkonstante q1 für aufklingende Signale	1
Zeitkonstante q2 für abklingende Signale	9

Auf den unterschiedlichen Gebrauch des Begriffes "Verzögerung" in Rege­ lungstechnik und digitaler Signalverarbeitung wird hingewiesen. Hier ist mit "Verzögerung" der in der Regelungstechnik "Totzeit" genannte Funktionsblock gemeint.

Claims (13)

1. Verfahren zur automatischen Lautstärkekorrektur bei der Wiedergabe von Tonsignalen über einen Lautsprecher mit folgenden Merkmalen:

• a) Die demodulierten Tonsignale werden, soweit sie nicht als Digitalsignale vorhanden sind, in digitale Tonsignale umgesetzt;
• b) der momentane Pegel der digitalen Tonsignale wird mit einem Spitzenwertmesser festgestellt;
• c) das festgestellte Maximum wird in einem Stilldetektor daraufhin abgeprüft, ob es sich um ein Stillsignal oder ein wiederzugebendes Tonsignal handelt;
• d) im Falle eines wiederzugebenden Tonsignals wird der mittlere Pegel des Signals mit einem Filter ermittelt;
• e) der gefilterte mittlere Pegel wird anschließend in einen Sollkorrekturpegel umgerechnet, der zur Korrektur der eingestellten Lautstärke einen im Tonsignalzweig liegenden Lautstärkesteller durch Addition verändert, derart, daß ein maximaler Korrekturwert nicht überschritten wird, wobei im Falle der Detektion eines anliegenden Stillsignals die Regelung unwirksam geschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Pegel mit den Werten einer Korrekturtabelle verglichen wird und der Diffe­ renzwert einem nachfolgenden Begrenzer zugeführt wird, von dessen Aus­ gang der Sollkorrekturpegel abgreifbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollkorrek­ turpegel einem anschließenden I-Regler mit Totzone zugeführt wird, der den tatsächlichen Korrekturwertpegel festlegt, der dem Lautstärkesteller zuge­ führt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektur­ wert als Multiplikationsfaktor dem Lautstärkesteller zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Pegel durch Tiefpaßfilterung mit umschaltbarer Zeitkonstante ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkon­ stante des Filters zur Verzögerung der Regelung mindestens auf zwei Werte über eine Steuerschaltung umschaltbar ist, wobei mindestens bei Pro­ grammwechsel die Regelung schnell und im Betrieb langsamer läuft.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Empfang von Stereosignalen die Tonsignalpegel durch Spitzenwertmessungen der linken und rechten Tonsignale ermittelt und die Maximalwerte zur Bestimmung des Korrekturpegels ausgewertet werden.

8. Verfahren zur automatischen Lautstärkekorrektur nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Empfang eines anderen Tonsignals der Spit­ zenwert des Eingangspegels ermittelt wird, daß der Spitzenwert mit einem Stillsignalpegel verglichen wird, und daß das Signal über einen Schalter ei­ ner Integrationsschaltung mit umschaltbarer Zeitkonstante zugeführt wird.

9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorhandener integrier­ ter Schaltkreis mit einem Spitzenwertdetektor eingesetzt ist, der über einen Steuerbus das Auslesen der Werte gestattet, die durch einen µ-Prozessor mit eingeschriebenem Programm der Bewertung und Filterung unterzogen werden, und daß die µ-Prozessor-Schaltung den vorhandenen Lautstärke­ steller steuert.

10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tonsignalverarbeitungsprozessor ein­ gesetzt ist, der Spitzenwertmessungen der Tonsignale durchführt und einen steuerbaren Lautstärkesteller aufweist und/oder über einen Steuerbus aus­ lesbar und einstellbar ist.

11. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal über Gleichrichterdioden von mindestens einem Kanal einem Ein­ gang eines Vergleichers zugeführt wird, an dessen anderem Eingang das Stillsignal anliegt und der ein Schaltsignal bei Überschreiten des Stillsignal­ pegels an einen Schalter abgibt, über den das gleichgerichtete Signal einem RC-Glied zuführbar ist, von dessen Ausgang der mittlere Pegel abnehmbar ist, aus dem durch analoge Differenzbildung der Soll-Korrekturpegel ermittelt wird, der dem Lautstärkeregler zugeführt wird.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied zwei parallele Kondensatoren aufweist, die über eine Steuerschaltung wahlweise anschaltbar sind, wobei der Kondensator zur Bildung einer geringen Zeitkonstante eingeschaltet wird, wenn Programm­ wechsel stattfindet, und der Kondensator zur Bildung einer höheren Zeit­ konstante eingeschaltet wird, wenn Dauerbetrieb erfolgt.

13. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von Programmwechsel auf Dauerbetrieb automatisch erfolgt bzw. umgekehrt in Abhängigkeit eines Steuerbefehls zur Umschal­ tung auf ein anderes Empfangsprogramm.