DE3017312A1

DE3017312A1 - Regelanordnung zum regeln der lautstaerke fuer von einem autoradio abgestrahlte tonsignale

Info

Publication number: DE3017312A1
Application number: DE19803017312
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Ariki; Makoto Kohashi; Tsuneji Koshikawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2050095B; JPS55147015A; GB2050095A

Description

HJ 'IACHl , LTO. , Tokyo, Japan

Regelanordnung zum Regeln der Lautstärke für von einem Autoradio abgestrahlte Tonsignale

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Lautstärke für von einem akustischen Gerät wie einem Autoradio in einem Fahrzeug abgestrahlte Tonsignale in Abhängigkeit vom momentanen Pegel variierender Umgebungsgeräusche .

Beim Hören von Musik oder Sprache, die von einer Stereoanlage oder einem Radiogerät in einem Kraftfahrzeug ausgestrahlt werden, stellt die überdeckung des bedeutsamen Schalls wie der Musik oder der Nachrichten für den Hörer, die im folgenden kurz als Hörschall bezeichnet werden sollen, durch Umgebungsgeräusche ein erhebliches

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Problem dar. Umgebungsgeräusche bereiten selten Schwierigkeiten beim Empfang von Hörschall in einem ruhigen Raum, und auch die Überdeckung durch Geräusche führt in normalen Räumen nur zu Verwirrung. In einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einer Limousine, variiert der Geräuschpegel jedoch in weitem Ausmaß· mit der Fahrgeschwindigkeit, wie dies in Fig. 1 graphisch dargestellt ist, wobei der Geräuschpegel den bei etwa 60 bis 65 dB (A) liegenden Pegel normalen Hörschalls in einem ruhigen Raum erreicht und zeitweilig sogar übersteigt. Der Hörschallpegel muß daher entsprechend der Darstellung in Fig. 2 um mehr als 10 dB in Abhängigkeit von Veränderungen im Geräuschpegel variiert werden. ■

Wie die Darstellung in Fig. 2 weiter zeigt, besteht ein Zusammenhang zwischen dem Hörpegel von in geräuschvoller Umgebung aufgenommenem Hörschall einerseits und dem Geräuschpegel andererseits. Um nun den Hörschall wahrnehmen zu können, muß der Hörer den Lautstärkeregler entsprechend einstellen, um einen geeigneten Pegel für den Hörschall zu erzielen, wobei er auf Veränderungen im Geräuschpegel reagieren muß. Andernfalls wird der Hörschall in manchen Fällen zu schwach und in anderen Fällen zu laut. Vielfach müssen Fahrer von Kraftfahrzeugen jedoch auf eine solche Einregelung des Schallpegels aus Sicherheitsgründen verzichten.

Daher ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine automatische Regelung des Hörschallpegels in Abhängigkeit von Variationen im Geräuschpegel bewirkt, so daß der Hörschall jeweils auf einem gewünschten Pegel gehalten werden kann. Die bisherigen Methoden zur Erzielung einer solchen automatischen Regelung eines Schallpegels lassen sich in zwei Kategorien einordnen, nämlich in eine

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erste, bei der entweder die Fahrgeschwindigkeit oder die Drehzahl des Fahrzeugmotors erfaßt wird, um ein dazu proportionales Steuersignal zu erhalten, das dann den Pegel des Hörschalls steuert, und in eine zweite, bei der die Geräusche mit Hilfe eines Mikrophons erfaßt werden, um ein ihrem Pegel proportionales Steuersignal zu erhalten, das wiederum den Hörschallpegel steuert.

Die erste Methode hat den Vorteil, daß das erhaltene Steuersignal keinerlei Komponenten aus dem Hörschall enthält und es daher nur einer einfachen Schaltung für die Erzielung der gewünschten Steuerung bedarf. Andererseits muß jedoch ein Fühler für die Erfassung der Fahrgeschwindigkeit oder der Motordrehzahl im Fahrzeug installiert werden. Die Installation eines solchen Fühlers und der zugehörigen Verdrahtung verlangt jedoch einen relativ großen Zeitaufwand, und außerdem ist das erhaltene Steuersignal nicht immer repräsentativ für den Geräuschpegel.

Die zweite Methode ihrerseits hat den Vorteil, daß sie zu einem Steuersignal führt, das dem Geräuschpegel entspricht, da das Geräusch durch ein Mikrophon erfaßt wird. Auch die zusätzlichen Installationsarbeiten für den Einbau einer Lautstärkesteuerung dieser Art halten sich dann in Grenzen, wenn das zugehörige Mikrophon in das Gehäuse des entsprechenden akustischen Geräts wie beispielsweise einer Stereoanlage in einem Kraftfahrzeug eingebaut wird. Wenn jedoch das Mikrophon innerhalb des Fahrgastraumes des Fahrzeugs installiert wird, so fängt es die Geräusche und den Hörschall gleichzeitig auf, und es liefert damit ein Signal, das auch auf den Hörschall zurückgehende Komponenten enthält, so daß es zu einem Mitziehen kommt. Der genaue Grund hierfür wird unten noch näher erläutert.

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Ein Weg zur Verhinderung dieses Mitzieheffektes besteht darin, dem Steuersignal eine große Zeitkonstante zu geben, was aber zu einer unerwünscht langsamen Einstellung des Hörschallpegels führt, so daß dieser Weg in der Praxis ungangbar ist.

Wenn das Mikrophon außerhalb des Fahrgastraumes installiert wird, ergeben sich keinerlei Mitzieheffekte, das Mikrophon muß dann aber innerhalb des Motorraumes oder auf der Außenseite des Fahrzeugs angebracht werden, und es ist dann irgendein Schutz gegen Staub, öl, Wasser, Wärmeeinwirkung u. dgl. erforderlich, und ebenso sind zusätzliche Montagearbeiten für die Installation des Mikrophons notwendig.

ungeachtet des vorerwähnten Vorteils haben sich daher Lautstärkerege!einrichtungen unter Verwendung von Mikrophonen wegen der größeren oben erwähnten Nachteile in der Praxis nicht durchsetzen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Mikrophon ausgestattete Lautstarkeregelanordnung zu schaffen, mit der sich eine automatische Einstellung der Lautstärke, der Klangfarbe oder beider Größen für Hörschall in Abhängigkeit vom Pegel der Umgebungsgeräusche erzielen läßt, wobei diese Anordnung von den bisherigen Nachteilen frei ist, daß innerhalb des Fahrgastraumes angeordnete Mikrophone zu Mitzieheffekten führen und umfangreiche Montage und Verdrahtungsarbeiten erforderlich sind, wenn ein Mikrophon an einer Stelle installiert wird, wo es durch den Hörschall wenig beeinflußt wird.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Regelanordnung, wie sie im Patentanspruch 1 an-

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gegeben ist; vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß Geräusche im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs einerseits und Hörschall wie Musik oder Nachrichtensendungen andererseits unterschiedliche Spektralbereiche erfassen. Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung liegt darin, daß beide Signalarten durch ein Mikrophon aufgefangen und an ein Tiefpaßfilter oder ein Bandpaßfilter weitergegeben werden und daß nur spezifische Frequenzkomponenten des Geräuschs abgetrennt und als Steuer- bzw. Regelsignale verwendet werden .

Gemäß der Erfindung kann das Mikrophon innerhalb des Fahrgastraumes eines Fahrzeugs untergebracht werden, ohne Mitzieheffekte hervorzurufen, und es lassen sich daher günstige Hörschallbedingungen erzielen. Außerdem kann das Mikrophon in das jeweilige akustische Gerät wie beispielsweise eine Stereoanlage für Kraftfahrzeuge eingebaut werden, so daß sonstige zusätzliche Verdrahtung und Montagearbeiten nicht anfallen. Auf diese Weise lassen sich derartige Geräte auch von normalen Benutzern installieren. Außerdem sind, da das Mikrophon nicht, außerhalb des Fahrgastraumes oder im Motorraum des Fahrzeugs untergebracht werden muß, keinerlei Vorkehrungen erforderlich, um Wasser, Staub oder Öl davon fernzuhalten. Ferner erfolgt, da die Regelsignale in der Hauptsache ausgehend von dem innerhalb des Fahrgastraumes festgestellten Geräusch gebildet werden, die Regelung des Hörschalls in Lautstärke und Klangfarbe natürlich und gleichmäßig. Da das Steuersignal keine Signalkomponenten enthält, die repräsentativ sind für die Motordrehzahl oder die Fahrgeschwindigkeit, läßt sich die er-

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findungsgemäß ausgebildete Regelanordnung unabhängig von anderen Einrichtungen für die Gewinnung entsprechender Signale für diese Größen einsetzen. Schließlich wird auch die gemäß der Erfindung erforderliche Schaltung für die Extraktion spezieller Frequenzkomponenten aus dem Geräusch in ihrem Aufbau sehr einfach.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung soll nunmehr ausführlich auf die Darstellungen in der Zeichnung Bezug genommen werden. In dieser zeigen:

Fig. 1 den Zusammenhang zwischen der Fahrgeschwindigkeit und dem Geräuschpegel innerhalb des Fahrgastraumes, eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 einen typischen Zusammenhang zwischen dem Geräuschpegel und dem Pegel von in diesem Geräusch wahrgenommenem Hörschall,

Fig. 3 ein 1/3-Oktavenbandspektrum für Geräusch innerhalb des Fahrgastraumes in einem fahrenden Kraftfahrzeug,

Fig. 4 Spektren für Geräusch und Hörschall· innerhalb des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine bevorzugte Ausführungsform einer Regelanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 6 ein Beispiel für den schaltungsmäßigen Aufbau der Regeianordnung zur automatischen Lautstärkeregelung gemäß der Erfindung.

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In Vorbereitung der Erfindung wurden Messungen hinsichtlich der in Fig. 1 und 2 dargestellten Kennlinien durchgeführt, im Anschluß an die zur Bestätigung der oben erwähnten Umstände Geräuschanalysen durchgeführt wurden. Diese Analysen sind 1/3-Oktavenbandanalysen. Der Grund für die Verwendung dieser Analysen liegt darin, daß Geräusche im Innenraum eines Kraftfahrzeugs kontinuierliche Spektren mit geringen scharfen Linienspektren aufweisen. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine 1/3-Oktavenbandmessung für Geräusche innerhalb des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs.

Anhand dieser Analysen lassen sich folgende Feststellungen treffen. Die Energie für das Geräusch im geschlossenen Raum eines fahrenden Kraftfahrzeugs ist im wesentlichen innerhalb des niederfrequenten Bereichs des entsprechenden Spektrums enthalten, und die Energiedichte nimmt mit der Frequenz ab. Diese Tendenz gilt grundsätzlich für alle Fahrzeugfabrikate und für alle Fahrgeschwindigkeiten.

Weiter wurde ein Zusammenhang zwischen dem Geräusch und dem Hörschall untersucht. Die Darstellung in Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Kennlinien für das Geräusch und den Hörschall innerhalb des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs. In dieser Darstellung ist als Kurve A das Spektrum des Geräuschs unter normalen Fahrbedingungen, als Kurve B.. das Spektrum für den Hörschall unter den gleichen normalen Fahrbedingungen und als Kurve B2 das Spektrum für den Hörschall unter der Bedingung gezeigt, daß der variierende Hörpegel auf dem Maximum gehalten wird. Im allgemeinen variiert der Pegel für den Hörschall mit der Zeit, wenn die Einstellung des Lautstärkereglers des entsprechenden Geräts bei einer konstanten Einstellung gehalten wird, und dementsprechend ist die Darstellung in der Kurve B-

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als Mittelwert der entsprechenden Varianz anzusehen. Obwohl die Pegel für das Geräusch und für den Hörschall zeitlich variieren, überschreitet die maximale Intensität des Geräuschspektrums normalerweise die des Hörschalls. In diesem Falle geht das Ausgangssignal des Mikrophons in der Hauptsache auf das vorhandene Geräusch zurück. Daher entspricht das vom Mikrophon gelieferte Steue ignal dem Geräuschpegel und kann »als Steuersignal für die Lautstärke des Hörschalls dienen. Nun ändert eich jedoch der Pegel für den Hörschall selbst mitunter mit der Zeit in hohem Ausmaß. Beispielsweise kann bei Musik der Pegel den maximalen Geräuschpegel übersteigen, wie dies durch die Kurve B2 in Fig. 4 gezeigt ist. Dies geschieht vielfach dann, wenn der Geräuschpegel niedrig ist und der Hörschallpegel relativ hoch wird. In diesem Falle ist die Quelle für das Ausgangssignal des Mikrophons im wesentlichen der Hörschall, und es kann in diesem Falle zu Mitziehen kommen.

Zusätzlich zu dem betrachteten Geräusch gibt es auch viele andere mögliche Geräuschquellen, die Geräuschpegel aufweisen, die größer sind als der des früheren Geräusches, und die Mitziehen bewirken. Mögliche Quellen für solche Geräusche sind beispielsweise die unterhaltung von Fahrgästen im Fahrzeug, das Berühren von Fahrzeugteilen in der Nachbarschaft des Mikrophons und Kindergeschrei.

Die Erfindung benutzt _{nun a}i_s Quelle für die Steuersignale einen Ausschnitt aus dem Geräuschspektrum mit einer Frequenz , die größer liegt als ein Wert X, wobei dieser Wert X die Frequenz darstellt, bei der das Geräuschspektrum gemäß der Kurve A das Spektrum für den Hörschall gemäß der Kurve B schneidet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Zu beachten ist dabei, daß der Geräuschpegel den Pegel des Hörschalls in diesem Bereich stets übersteigt. Nach von der Anmelderin

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durchgeführten Versuchen fallen die Komponenten des Hörschalls mit Frequenzen von weniger als 90 Hz weit schwächer aus als die entsprechenden Komponenten im Geräuschspektrum. Daher geht ein Signal, das durch den Durchgang des AusgangssignaIs des Mikrophons durch ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von etwa 90 Hz erhalten wird, in der Hauptsache auf das Geräusch zurück und wird durch den Hörschall oder Unterhaltung nur wenig beeinflußt. Die Werte für die Kreuzungsfrequenz X müssen in Entsprechung beispielsweise zum Fabrikat und den erwarteten Betriebsbedingungen für das jeweilige Kraftfahrzeug individuell passend bestimmt werden. Aus den Ergebnissen von Versuchen, die mit Grenzfrequenzen f von 75, 106 und 150 Hz und einem charakteristischen Ausschaltwert von etwa -60 dB/Okt. für das Tiefpaßfilter durchgeführt wurden, hat sich gezeigt, daß die Regelsignale durch den Hörschall beeinflußt werden können, wenn die Grenzfrequenz f = 150 Hz ist. Die Grenzfrequenz sollte daher nicht größer sein als 150 Hz, sie braucht aber auch nicht kleiner zu sein als 90 Hz.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben werden.

Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 in seinem grundsätzlichen Aufbau anhand eines Blockschaltbildes veranschaulicht, während die Darstellung in Fig. 6 Einzelheiten im Schaltungsaufbau für dieses Ausführungsbeispiel zeigt.

In der Darstellung von Fig. 5 fängt ein Mikrophon 1, beispielsweise ein Elektretmikrophon, ein Geräusch auf, und das erhaltene elektrische Signal wird in einem an-

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schließenden Verstärker 2 verstärkt. Das verstärkte Signal aus dem Verstärker 2 wird an eine Steuerschaltung 3 abgegeben, die ihrerseits ein Lautstärkeregelsignal für die Regelung der Lautstärke des von einem akustischen Gerät wie beispielsweise einem Autoradio 4 abgegebenen Hörschalls liefert. Die Steuerschaltung 3 enthält ein Filter 31, das aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 2 Geräuschkomponenten abtrennt, eine beispielsweise in Form einer Brückenschaltung ausgeführte Gleichrichterschaltung 32 für die Gleichrichtung der vom Filter 31 abgegebenen Geräuschkomponenten und eine Glättungsschaltung 33, die das Ausgangssignal aus der Gleichrichterschaltung 31 glättet, um ein Gleichspannungsregelsignal zu erzeugen, dieses Signal zur Erzielung einer bestimmten Zeitkonstante modifiziert und dann das so erhaltene Signal als Lautstärkeregelsignal an einen Wiedergabekreis 4 2 des Autoradios 4 abgibt, der an einem Eingang Ei mit einem Abstimmkreis 41 und parallel dazu mit einem Bandgerät 43 verbunden ist und über einen Ausgang Au einen Ausgangsverstärker 44" und einen Lautsprecher 45 betreibt. Das Filter 31 ist beispielsweise ein Bandpaßfilter, das ein CR-Hochpaßfilter und ein aktives Tiefpaßfilter enthält, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Das CR-Hochpaßfilter blockiert Schwingungskomponenten mit Frequenzen von weniger als 20 Hz und läßt die übrigen Komponenten mit größeren Frequenzen passieren. Das aktive Tiefpaßfilter läßt diejenigen Komponenten passieren, die Frequenzen aufweisen, die kleiner sind als die oben erwähnte Kreuzungsfrequenz X. Da das CR-Hochpaßfilter und das aktive Tiefpaßfilter in ihrem Aufbau für den Fachmann bekannt sind, wird hier auf eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser Filter verzichtet. Das Filter 31 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bandpaßfilter, das aber wie oben bereits erwähnt für die Zwecke der Erfindung auch durch ein Tiefpaßfilter ersetzt werden kann. Die Glättungs-

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Schaltung 33 bestimmt die Ansprechgeschwindigkeit der gesamten Schaltung in Verfolgung eines zeitlich variierenden Geräusches, und sie enthält Widerstände R^o-i und R33-7 und einen Kondensator C₃Ti· °i^e Zeitkonstante τ der Glättungsschaltung 33 kann innerhalb eines Bereiches, der normalerweise zwischen 1 und 5 s liegt, willkürlich gewählt werden. Eine Zeitkonstante innerhalb dieses Bereichs eignet sich für eine Schallwiedergabe in der Weise, daß der Schall für den Hörer natürlich und angenehm erscheint. Das am Ausgang der Glättungsschaltung 33 erhaltene Regelsignal variiert in Entsprechung zu den durch das Filter 31 hindurchgehenden Geräuschsignalen. Der Pegel dieser Geräuschsignale befindet sich gewöhnlich in guter Übereinstimmung mit dem Geräuschpegel. Die Regelsignale werden der Gate-Elektrode eines Feldeffekt-Transistors Tr₄₂ zugeführt, an den der Emitter eines Verstärkertransistors Tr₄₁ im Wiedergabekreis 42 angeschlossen ist und der als Lautstärkeregler dient. Die Senkenelektrode des Feldeffekt-Transistors Tr₄₂ i-^st Emitter des Transistors Tr₄₁ über einen Kondensator C₄₁ verbunden. Die Quellenelektrode des Feldeffekt-Transistors Tr₄₂ ist über einen Kondensator C₄₂ und einen variablen Widerstand VR. geerdet und außerdem mit dem Schleifer eines weiteren variablen Widerstandes VR₂ verbunden. Der variable Widerstand VR- dient zur Einstellung der Verstärkung für die Lautstärke, während der variable Widerstand VR₂ für die Einstellung der Abklemmspannung bestimmt ist. Der Feldeffekt-Transistor Tr₄₂ ergibt zwischen seiner Quellenelektrode und seiner Senkenelektrode einen in Entsprechung zu ihm ihm zugeführten Signalpegel variierenden Widerstand, so daß die Verstärkung am Verstärkertransistor Tr₄^ mit diesem Widerstand variiert und damit die Funktion einer Lautstärkeregelung in Abhängigkeit vom Geräuschpegel

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erfüllt. Bei einem Leistungstest in einer üblichen Limousine, bei dem in der Steuerschaltung 3 ein Filter mit einem CR-Hochpaßfilter mit einem charakteristischen Abschaltwert von -6 dB/Okt. und einer Grenzfrequenz f von 20 Hz und geguinteten aktiven Tiefpaßfiltern mit charakteristischen Abschaltwerten von -30 dB/Okt. und Grenzfrequenzen f von 90 Hz verwendet wurde, empfanden die Hörer die Lautstärke des Hörschalls als nahezu konstant, und es bedurfte keiner Nacheinstellung von Hand. Außerdem wurde auch kein Mitzieheffekt beobachtet. Damit ist die praktische Brauchbarkeit der Regelanordnung erwiesen. Die Funktion der Regelanordnung ist sichergestellt, wenn der Frequenzbereich für das Paßband des Filters 31 zwischen 22 und 80 Hz gewählt wird.

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L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

.. Regelanordnung zum Regeln der Lautstärke für von einem Autoradio abgestrahlte Tonsignalt¹ mit einem Mikrophon zum Aufnehmen von Umgebungsschall für die Erzeugung von dessen Pegel entsprechenden elektrischen Signalen, mit einem Verstärker zum Verstärken dieser elektrischen Signale, mit einer Gieichrichterschaltung zum Gleichrichten der verstärkten elektrischen Signale für die Erzeugung von Lautstärkeregelsignalen und mit einer Abgabeschaltung zum Weiterleiten dieser Regelsignale an den Lautstärkeregelteil einer Schallwiedergabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterschaltung (32) ein Filter (31) vorgeschaltet ist,

das wenigstens diejenigen Spektralkomponenten der ihm zugeführten Signale abschneidet, deren Frequenz höher liegt als die Kreuzungsfrequenz (X), bei der das Spektrum (B₂) der Tonsignale bei maximalem Schalldruckpegel das Spektrum (A) für das Umgebungsgeräusch schneidet.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (31) ein Tiefpaßfilter mit Durchlässigkeit für diejenigen Geräuschkomponenten ist, deren Frequenz unterhalb der Kreuzungsfrequenz (X) liegt.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (31) außerdem auf ein Blockieren von auf den Motorenbetrieb zurückgehenden niederfrequenten Komponenten eingerichtet ist.
4. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (31) eingangsseitig mit dem Ausgangssignal des Mikrophons (1) gespeist wird, das Umgebungs— schall aus dem Fahrzeuginnenraum auffängt.

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