DE3224078A1

DE3224078A1 - Automatischer lautstaerkeregler fuer tonwiedergabegeraete in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3224078A1
Application number: DE19823224078
Authority: DE
Inventors: Norio Mito Minami; Yoshiyuki Tokyo Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-01-27
Also published as: GB2102225A; JPS583305A; GB2102225B

Description

HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo (Japan)

Automatischer Lautstärkeregler für Tonwiedergabegeräte in

Kraftfahrzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Lautstärkeregler für ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes Tonwiedergabegerät, z. B. ein Autoradio oder eine Auto-Stereoanlage, das an Orten benutzt wird, an denen die Umgebungsgeräusche starken Schwankungen unterliegen.

Wenn in einem Kraftfahrzeug Musik, Nachrichten u. dgl. von einer Auto-Stereoanlage, einem Autoradio etc. gehört wird, ergibt sich das Problem der Maskierung bzw. Überlagerung des HÖrtons wie Musik oder Nachrichten durch Umgebungsgeräusche. Ton, dem man zuhört, wie Musik oder Nachrichten, wird im folgenden als Hörton bezeichnet. In manchen Fällen kann ein Hörton, der in einem stillen Raum ohne Störung wahrnehmbar ist, durch Umgebungsgeräusche überdeckt werden. Wenn z. B. ein Hörton in einem Pkw gehört wird (vgl. Fig. 1), erhöht

sich der Geräuschpegel im Fahrzeug mit steigender Fahrgeschwindigkeit, und der Störgeräuschpegel ist gleich oder größer als ein Hörtonpegel, der unterhalten wird, wenn der Hörton in einem stillen Raum gehört wird. In einem stillen Raum wird der Hörton im Durchschnitt auf einem Pegel von ca. 60-65 dB_A gehalten.

Nach Fig. 2 muß ferner der Hörtonpegel um mehr als 10 dB geändert werden, wenn sich der Geräuschpegel im Fahrzeug stark ändert.

Fig. 2 zeigt eine durchschnittliche bzw. normale Beziehung zwischen dem Geräuschpegel und dem hörbaren Hörtonpegel, wenn der Hörton an einem geräuschvollen Ort gehört wird. D. h., um einen Hörton in einem Fahrzeug zu hören, muß ein Lautstärkeregler immer nach Maßgabe von Änderungen des Geräuschpegels verstellt werden, damit der Hörton leicht wahrgenommen werden kann. Wenn eine solche Einstellung nicht erfolgt, wird der Pegel des Hörtons zu niedrig, um den Hörton wahrzunehmen, oder er wird so hoch, daß der Hörton als Lärm empfunden wird. Da es jedoch vom Gesichtspunkt des sicheren Fahrens unerwünscht ist, die Lautstärke während des Fahrens zu verstellen, hat der Fahrer während des Fahrens das Gefühl, daß der Hörton einen niedrigen Pegel aufweist und schwer zu hören ist. Somit besteht also ein Bedarf für ein Tonwiedergabegerät, bei dem der Hörtonpegel automatisch nach Maßgabe des Störgeräuschpegels geändert wird, so daß ständig ein leicht wahrzunehmender Hörton erhalten wird. Bei einem konventionellen automatischen Lautstärkeregelverfahren werden die Störgeräusche unmittelbar von einem Mikrofon aufgenommen, und die Lautstärke wird durch ein dem Pegel des erfaßten Geräuschs entsprechendes Regelsignal geändert.

Ein typisches Beispiel für eine Auto-Stereoanlage mit einem solchen automatischen Lautstärkeregler ist in der GB-Patentanmeldung Nr. 8014417 vom 1. Mai 1980 (entsprechend der DE-Patentanmeldung P 30 17 312.7 vom 6. Mai 1980) angegeben. Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines solchen konventionellen Tonwiedergabegerats in Form eines Kassettenrekorders, der in einem Fahrzeug angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt einen Tonwiedergabe-Magnetkopf 1, einen Wiedergabe-Vorverstärker 2, einen Regelverstärker 3, ein Potentiometer 4 zur manuellen Lautstärke-Einstellung, einen Ausgangsverstärker 5, einen Lautsprecher 6, eine automatische Lautstärkeregler-Einheit (ALR-Einheit) 7, ein Mikrofon 8 zur Störgeräusch-Erfassung, ein Tiefpaßfilter 9, einen Verstärker 10, eine Diode 11 zur Hüllkurvenerfassung, ein Regelglied 12 zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 3 sowie Regelwiderstände 13 und 14 zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Regelglieds 12.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Schaltung von Fig. 3 erläutert.

Wenn nach dem Einlegen eines Magnetbands in die Auto-Stereöeinheit ein Wiedergabevorgang ausgelöst wird, wird dem Ausgangsverstärker 5 über den Vorverstärker 2, den Regelverstärker 3 und das Potentiometer 4 ein vom Tonwiedergabekopf 1 wiedergegebenes Tonsignal zugeführt und einer Leistungsverstärkung unterworfen und dann aus dem Lautsprecher 6 in Form eines Wiedergabetons ausgegeben. Die Lautstärke des Wiedergabetons kann durch Verstellen des Potentiometers 4 frei bestimmt werden.

Andererseits werden gleichzeitig mit dem vorgenannten Vorgang Umgebungsgeräusche und andere Störgeräusche von dem Mikrofon 8 aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgesetzt, von dem nur eine NF-Komponente durch das Tiefpaßfilter 9 extrahiert wird. Die NF-Komponente wird vom Verstärker TO auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt, von der Diode 11 in ein Gleichspannungssignal umgesetzt und dann dem Regelglied 12 zugeführt. Dieses erzeugt ein Regelsignal V. zur automatischen Lautstärkeregelung nach Maßgabe des vorgenannten Gleichspannungssignals, und das Regelsignal wird dem Verstärkungsfaktor-Regelsignaleingang des Regelverstärkers 3 zur Einstellung seines Verstärkungsfaktors zugeführt. Das Regelsignal V. wird dem Verstärker 3 zugeführt, so daß dessen Verstärkungsfaktor vergrößert wird, wenn der Pegel des Regelsignals V. höher ist. Wenn der Umgebungsgeräuschpegel hoch wird, wird also der Pegel des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 9 ebenfalls hoch, und dadurch wird der Pegel des Regelsignals V₁ hoch. Infolgedessen wird der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 3 erhöht zur Erhöhung der Lautstärke des vom Lautsprecher 6 wiedergegebenen Tons. Damit wird die Verringerung des Räuschabstands durch einen Anstieg des Geräuschpegels ausgeglichen.

Wenn ferner der umgebungsgeräuschpegel niedrig wird, wird der Pegel des Regelsignals V- niedrig gemacht, und der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 3 wird verringert, wodurch die Lautstärke des vom Mikrofon 6 wiedergegebenen Tons verringert wird. Somit wird ein gut wahrzunehmender Hörton erhalten.

Der Regelwiderstand 13 dient dem Zweck, die Ein-Ausgangs-Kennlinie des Regelglieds 12 so zu ändern, daß die Neigung einer Linie, die die Änderung des Verstärkungsfaktors des Regelverstärkers 3 mit dem Umgebungsgeräuschpegel zeigt, frei änderbar ist (vgl. Fig. 4). Der Regelwiderstand 14 hat die Funktion, denjenigen Umgebungsgeräuschpegel, bei dem sich der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 3 zu ändern beginnt, auf verschiedene Werte entsprechend Fig. 5 einzustellen. Infolgedessen kann durch Verstellen der Regelwiderstände 13 und 14 die Operationskennlinie der ALR-Einheit 7 frei geändert werden, so daß die ALR-Einheit 7 optimal nach Maßgabe einer Bedingung, unter der die Auto-Stereoeinheit betrieben wird, arbeiten kann.

Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Auto-Stereoanlage, die die konventionelle ALR-Einheit gemäß Fig. 3 aufweist, die Lautstärke automatisch nach Maßgabe des Umgebungsgeräuschpegels geregelt. Selbst wenn also der Geräuschpegel hoch wird, ist es somit nicht schwierig, die Tonwiedergabe zu hören. Ferner wird, selbst wenn die Umgebungsgeräusche einen niedrigen Pegel haben, die Tonwiedergabe niemals lärmend. Es ist somit möglich, die Tonwiedergabe mit optimaler Lautstärke zu hören.

Die vorgenannte ALR-Einheit 7 umfaßt das Tiefpaßfilter 9, das als Störgeräusche nur eine NF-Komponente eines vom Mikrofon 8 aufgenommenen Tonsignals erfaßt, und die so erfaßte NF-Komponente dient zur Bildung des Regelsignals V₁. Die vorgenannten Vorgänge laufen aus den folgenden Gründen ab. Der aus dem Lautsprecher 6 austretende Wiedergabeton wird auch von dem Mikrofon 8 aufgenommen. Wenn die

ALR-Einheit 7 das Tiefpaßfilter 9 nicht aufweist, spricht sie ebenfalls auf den Wiedergabeton aus dem Lautsprecher 6 an und führt somit eine Mitkopplungsoperation durch. Es besteht also die Gefahr, daß die ALR-Einheit 7 in einen Betriebszustand gelangt, der keine Beziehung zu dem Störgeräuschpegel hat. Das Tiefpaßfilter 9 verhindert die vorgenannte ungünstige Operationsweise. D. h., bei Tonwiedergabegeräten wie einem Autoradio und einer Auto-Stereoanlage wird das vom Lautsprecher 6 wiedergegebene Schallspektrum vor allem in einem mittleren Frequenzbereich des Tonfrequenzbands verteilt, und daher ist der größere Teil der Schallenergie im mittleren Frequenzbereich konzentriert. Andererseits wird das Spektrum der Ümgebungsgeräusche nicht nur innerhalb des gesamten Tonfrequenzbands, sondern auch außerhalb desselben verteilt. Wenn somit die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 9 auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von ca. 50-100 Hz eingestellt ist, entspricht der Pegel des Ausgangssignals des Filters 9 hauptsächlich dem Umgebungsgeräuschpegel. Somit kann die vorgenannte konventionelle ALR-Einheit ordnungsgemäß arbeiten.

Wenn jedoch ein Tonwiedergabegerät, z. B. ein Autoradio oder eine Auto-Stereoanlage, unter speziellen Bedingungen betrieben wird, wird selbst bei einem Störgeräuschpegel, der vom Hörer als gering empfunden wird, die vorgenannte konventionelle ALR-Einheit Störgeräusche erfassen und darauf ansprec hen, und die Lautstärke der Tonwiedergabe aus dem Lautsprecher wird auf einen Pegel über einem richtigen Wert eingestellt.

Wenn ζ. B. ein Kraftfahrzeug, das eines der genannten Tonwiedergabegeräte aufweist, auf einer Straße fährt, die sich in einem besonderen Zustand befindet, z. B. auf einer unebenen, einen Schotterbelag aufweisenden Straße, erfaßt die ALR-Einheit Störgeräusche, und die Lautstärke der Tonwiedergabe wird über einen Normalwert hinaus erhöht, obwohl der Hörer im Fahrzeug die Umgebungsgeräusche kaum wahrnimmt. Damit befindet sich die Tonwiedergabevorrichtung in einem unerwünschten Betriebszustand.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Lautstärkereglers, der die Lautstärke einer Tonwiedergabe exakt nach Maßgabe von Störgeräuschen, die vom Hörer wahrgenommen werden, regeln kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung ein Schalldruckpegel in einem ersten Frequenzbereich, der innerhalb einer bestimmten Zone eines Tonfrequenzbands liegt, und ein Schalldruckpegel in einem zweiten Frequenzbereich, der innerhalb eines NF-Teils des ersten Frequenzbereichs liegt, erfaßt zur automatischen Regelung der Lautstärke einer von einem Tonwiedergabegerät erzeugten Tonwiedergabe nach Maßgabe des Schalldruckpegels im ersten Frequenzbereich und zur Korrektur der Lautstärke der Tonwiedergabe nach Maßgabe des Schalldruckpegls in dem zweiten Frequenzbereich.

Der automatische Lautstärkeregler nach der Erfindung für Tonwiedergabegeräte in Kraftfahrzeugen mit einem Mikrofon, das ümgebungs- bzw. Störgeräusche aufnimmt und elektrische

Signale erzeugt, deren Pegel den Umgebungsgeräuschpegeln entsprechen, mit einem ersten Filter, das die elektrischen Signale vom Mikrofon empfängt und die elektrischen Signale mit einem ersten vorbestimmten Frequenzband durchläßt, mit einem ersten Lautstärkeregelsignalgeber, der das elektrische Ausgangssignal des ersten Filters gleichrichtet und ein erstes Lautstärkeregelsignal erzeugt, und mit einer Lautstärkeregeleinheit, die die Wiedergabelautstärke eines Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Pegel des ersten Lautstärkeregelsignals regelt, ist gekennzeichnet durch ein zweites Filter, das aus dem elektrischen Signal vom Mikrofon nur die Signalkomponente mit einem zweiten vorbestimmten Frequenzband, das in dem ersten vorbestimmten Frequenzband enthalten ist, durchläßt, und durch einen zweiten Lautstärkeregelsignalgeber, der das elektrische Ausgangssignal des zweiten Filters gleichrichtet und ein zweites Lautstärkeregelsignal erzeugt, so daß der Lautstärkeregler die Wiedergabelautstärke des Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Pegel des zweiten Lautstärkeregelsignals einstellt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit

eines Kraftfahrzeugs und dem im Fahrzeug erzeugten Fahrgeräuschpegel;

Fig. 2 eine durchschnittliche Beziehung zwischen dem Geräuschpegel und dem hörbaren .Pegel eines Hörtons, wenn letzterer an einem geräuschvollen Ort gehört wird;

Fig.	4
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8

- 12 -

Fig. 3 das Blockschaltbild eines typischen Beispiels einer konventionellen ALR-Vorrichtung für Tonwiedergabegeräte in Kraftfahrzeugen; Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise der ALR-Vorrichtung von Fig. 3; ein Diagramm, das ein Beispiel eines 1/3-Oktavbandspektrums von in einem Pkw erzeugten Fahrgeräuschen zeigt;

ein Diagramm, das Beispiele von in einem Pkw erhaltenen Geräusch- und Hörtonspektren zeigt; ein Diagramm, daß in einem Pkw erhaltene Frequenzspektren von Störgeräuschen zeigt, wobei der Pkw sich in verschiedenen Betriebszuständen befindet;

Fig. 9 das Blockschaltbild eines typischen Ausführungsbeispiels einer ALR-Vorrichtung nach der Erfindung, die für die Verwendung in Tonwiedergabegeräten in Kraftfahrzeugen geeignet ist;

Fig. 10 Grafiken, die die Funktionsweise des und 11 Regelverstärkers 30 von Fig. 9 erläutern;

Fig. 12 das Schaltbild des Regelverstärkers 30 nach Fig. 9;

Fig. 13 das Schaltbild des Regelverstärkers 23 und der Regeleinheit 32 von Fig. 9; und

Fig. 14 Blockschaltbilder, die weitere Ausführungsbei- und 15 spiele der Erfindung zeigen.

Zur Erläuterung des angegebenen Lautstärkereglers seien zuerst die in einem Personenkraftwagen erzeugten Geräusche auf der Grundlage der Kurven untersucht, die durch tatsäch-

liehe Messungen erhalten wurden und in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Dabei wird eine 1/3-Oktavband-Analyse angewandt, weil die Geräusche im Pkw in Form eines kontinuierlichen Spektrums verteilt sind und ein ausgeprägtes Linienspektrum kaum erhalten wird. Fig. 6 ist ein Beispiel der 1/3-Oktavbandmessung der Geräusche im Fahrgastraum eines fahrenden Kraftfahrzeugs,

Folgendes kann aufgrund der Untersuchungen gesagt werden: Die Energie der Störgeräusche innerhalb des geschlossenen Fahrgastraums eines fahrenden Fahrzeugs ist hauptsächlich in einem NF-Bereich enthalten, und die Energiedichte nimmt mit der Frequenz ab. Diese Tendenz gilt ganz allgemein in bezug auf alle Arten von Kraftfahrzeugen und für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten.

Nachstehend wird die Beziehung zwischen Störgeräuschen und Hörton erläutert, Fig. 7 zeigt eine Beziehung zwischen einem Frequenzverlauf der in einem Pkw auftretenden Störgeräusche und Frequenzverläufen von im Fahrzeug erzeugten Hörtönen. Dabei ist mit A ein Störgeräuschspektrum bezeichnet, während B. und B2 Hörtonspektren sind. Im einzelnen bezeichnet B- ein Hörtonspektrum, wenn ein Hörton mit einem üblichen Pegel in einem Pkw erzeugt wird, der sich in einem normalen Fahrzustand befindet, und B₉ bezeichnet ein Spektrum eines maximal zulässigen Hörtons, wenn dieser mit einem absichtlich erhöhten Pegel wiedergegeben wird. Nach Fig. 7 gibt es einen Frequenzbereich, in dem der Störgeräuschpegel auf jeden Fall höher als der Hörtonpegel ist, d. h. einen Frequenzbereich, der niedriger als eine Frequenz f~ ist, bei der sich das Geräuschspektrum A und das Spektrum B₀

des maximal zulässigen Hörtonpegels schneiden. Gemäß den durchgeführten Versuchen ist diejenige Frequenzkomponente eines in einem Kraftfahrzeug gehörten Hörtons, die in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f„ existiert, wesentlich kleiner als eine Frequenzkomponente von Geräuschen, die in dem obigen Frequenzbereich existiert. Die Frequenz f„ liegt innerhalb eines Bereichs zwischen 50 und 100 Hz, z. B. ist sie gleich 80 Hz. Wenn also ein vom Mikrofon abgegebenes Signal dem Tiefpaßfilter zugeführt wird, das eine Grenzfrequenz nahezu gleich der Frequenz f„ hat, besteht das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters hauptsächlich aus Störgeräusch und wird kaum durch den Hörton und ein Gespräch beeinflußt.

Fig. 8 zeigt Frequenzverläufe von Störgeräuschen in einem Kraftfahrzeug, wenn dieses auf Straßen mit unterschiedlicher Fahrbahn fährt. Dabei bezeichnet eine Kurve N₁ ein Geräuschspektrum, das erhalten wird, wenn das Fahrzeug langsam auf einer schlechten Straße, z. B. einer Schotterstraße, fährt, KL· bezeichnet ein Geräuschspektrum, das erhalten wird, wenn das Fahrzeug mit mittlerer Geschwindigkeit auf einer ebenen Straße fährt, und NL bezeichnet ein Geräuschspektrum, das erhalten wird, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit auf einer Schnellstraße fährt.

Wenn gemäß Fig. 8 eine Frequenz f. in einem NF-Frequenzbereich des Tonfrequenzbands liegt, so daß sie niedriger als die Frequenz f„ ist, ist diejenige Frequenzkomponente des Geräuschspektrums N., die in einem Frequenzbereich existiert, der niedriger als die Frequenz f.. ist, größer als entsprechende Frequenzkompoenten der Geräuschspektren N_

und !SU, die in dem vorgenannten Frequenzbereich existieren. D. h., in dem unterhalb der Frequenz f₁ liegenden Frequenzbereich haben Störgeräusche, die in dem auf einer schlechten oder Schotterstraße fahrenden Fahrzeug erhalten werden, einen höheren Pegel als in anderen Fallen erzeugte Störgeräusche. Die Frequenz f^ liegt in einem Bereich von ca. 10-30 Hz, d. h. im Bereich einer minimalen Tonfrequenz.

Andererseits wird die Hörempfindung des Menschen beeinträchtigt, wenn die Tonfrequenz in einem Frequenzbereich unterhalb 100 Hz liegt, und Töne in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f.. sind im wesentlichen unhörbar. Wenn das Fahrzeug also auf der Schotterstraße fährt, und da der größere Anteil der Störgeräusche in einem Bereich unterhalb des Frequenzbereichs f.. entsprechend dem Geräuschspektrum N₁ liegt, nimmt der Hörer im Fahrzeug mit seinem Gehör kaum Geräusche wahr, und zwar unabhängig davon, daß die Frequenzkomponente der Störgeräusche, die in einem Frequenzbereich unterhalb f„ existiert und vom Tiefpaßfilter in Form eines elektrischen Signals abgegeben wird, einen hohen Pegel hat. Aufgrund der vorgenannten Tatsachen wird gemäß der Erfindung die Lautstärke eines aus dem Lautsprecher austretenden Wiedergabetons nach Maßgabe der Frequenzkomponente der vom Mikrofon erfaßten Störgeräusche, die in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f_? existiert, geregelt und wird nach Maßgabe der StÖrgeräusch-Frequenzkomponente, die in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f.. existiert, korrigiert,

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lautstärkereglers, der zur Verwendung in Tonwiedergabegeräten geeignet ist, die

_ Ii _ ·

in Kraftfahrzeugen angeordnet sind; der Lautstärkeregler wird in Verbindung mit einer Tonband-Stereoanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet.

In den Fig. 3 und 9 sind gleiche oder äquivalente Funktionen aufweisende Schaltungselemente oder Schaltglieder mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 9 zeigt einen magnetischen Tonwiedergabekopf 1, einen Wiedergabe-Vorverstärker 2, ein Potentiometer 4 zum manuellen Verstellen der Lautstärke, einen Ausgangsverstärker 5, einen Lautsprecher 6 und eine ALR-Einheit 17. Letztere umfaßt ein Mikrofon 8 zur Störgeräuscherfassung, ein Tiefpaßfilter 9, einen Verstärker 30, eine Diode 11 zur Hüllkurvenerfassung, einen Regelverstärker 23, ein Regelglied 32 zur Bestimmung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 23, Regelwiderstände 33 und 34 zum Regeln des Verstärkungsfaktors des Regelglieds 32 und ein Verstärkungsregelglied 35 für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 30. Die Grenzfrequenz f„ des Tiefpaßfilters 9 liegt in einem Bereich von ca. 50-100 Hz, z. B. entspricht sie 80 Hz. Das Verstärkungsregelglied 35 ist mit dem Mikrofon 8 verbunden und umfaßt ein Tiefpaßfilter 36, einen Verstärker 37 und eine Diode 38 zur Hüllkurvenerfassung.

Bei dem Ausführungsbeispiel hat der Verstärker 30 einen Regelsignaleingang 31 zur Einstellung des maximalen Amplitudenpegels des Ausgangssignals des Verstärkers 30 durch ein Regelsignal V₂, das von dem Verstärkungsregelglied 35 an den Regelsignaleingang 31 angelegt wird.

Das Tiefpaßfilter 36 hat eine Grenzfrequenz f₁, die unterhalb der Grenzfrequenz f₂ des Tiefpaßfilters 9 liegt. Die Grenzfrequenz f- liegt in einem Bereich von ca. 20-30 Hz und entspricht bei dem Ausführungsbeispiel 20 Hz. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 36 wird von dem Verstärker 37 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt und dann von der Diode 38 in das Gleichspannungs-Regelsignal V₂ umgewandelt, das an den Regelsignaleingang 31 des Verstärkers 30 angelegt wird. Infolgedessen wird, wenn der Amplitudenpegel eines Signals S, das vom Tiefpaßfilter 9 einem Eingangssignal-Empfangseingang des Verstärkers 30 zugeführt wird, einen vorbestimmten Wert übersteigt, die Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 30 nach Maßgabe des Pegels des Regelsignals V„ begrenzt, und somit hat das Ausgangssignal einen maximalen Amplitudenpegel nach Maßgabe des Pegels des Regelsignals V_ entsprechend Fig. 10. In Fig. 10 entsprechen die maximalen Amplitudenpegel L,, L₂ und L, des Ausgangssignals des Verstärkers 30 einem ausreichend hohen Pegel, einem Zwischenpegel bzw. einem relativ niedrigen Pegel des Regelsignals V«. D. h., wenn der Pegel des Ausgangssignals S des Tiefpaßfilters 9 einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird der Ausgang des Verstärkers 30 nach Maßgabe des Ausgangspegels des Tiefpaßfilters 36 unterdrückt, und der Amplitudenpegel des Ausgangs des Verstärkers 30 wird niedrig, wenn der Ausgangspegel des Tiefpaßfilters 36 höher ist.

Infolgedessen hängt der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers 30 vom Pegel des Ausgangssignals S des Tiefpaßfilters in der Weise gemäß Fig. 11 ab. Wenn der Pegel des Regelsignals V₂ kontinuierlich die Werte V_2C, V_2B und V_2A

1 ο

(mit V_2C< V_2B <V_2A) annimmt, ändert sich die Verstärkungscharakteristik des Signals S des Verstärkers 30 kontinuierlich, und die maximale Verstärkung des Verstärkers 30 wird gleich den Werten a, b und c. Wenn z. B. der Pegel des Regelsignals V₂ niedrig ist und den Wert V_2C hat, ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 30 auf den Wert c begrenzt für das Signal S, das Pegel oberhalb eines Pegels S, hat. Der Wert c des Verstärkungsgrads des Verstärkers 30 kann gleich einem maximalen hörbaren Pegel des Hörtons gemacht werden.

Die Diode 11 glättet das Ausgangssignal des Verstärkers 30 unter Bildung eines Gleichspannungssignals. Das Regelglied 32 liefert ein Regelsignal V. entsprechend dem vorgenannten Gleichspannungssignal an den Regelverstärker 23 zur Regelung von dessen Verstärkungsgrad.

Der Schaltungsaufbau jedes Regelverstärkers 23 und 30 sowie des Regelglieds 32 wird später im einzelnen erläutert.

Nachstehend wird die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels erläutert.

Wenn nach dem Einsetzen eines Magnetbands in die Stereoanlage ein Wiedergabevorgang gestartet wird, wird ein vom Tonwiedergabekopf 1 wiedergegebenes Tonsignal dem Ausgangsverstärker 5 über den Vorverstärker 2, den Regelverstärker 23 und das Potentiometer 4 zugeführt, einer Leistungsverstärkung unterworfen und dann vom Lautsprecher 6 in Form eines Wiedergabetons abgegeben. Die Lautstärke der Tonwiedergabe ist durch Verstellen des Potentiometers 4 frei regelbar.

Andererseits werden gleichzeitig mit diesem Vorgang Umgebungsgeräusche und andere Störgeräusche vom Mikrofon 8 aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgesetzt. Nur diejenige NF-Komponente des elektrischen Signals, die in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f₂ liegt, wird vom Tiefpaßfilter 9 extrahiert und dann vom Verstärker 30 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt.

Ferner wird eine weitere NF-Komponente des elektrischen Signals, die in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f.j liegt, vom Tiefpaßfilter 36 extrahiert. Diese NF-Komponente wird vom Verstärker 37 verstärkt und dann von der Diode 38 geglättet unter Bildung des Regelsignals V₂. Das Regelsignal V₂ wird dem Verstärker 30 zugeführt und regelt dessen Verstärkungsgrad in der in Fig. 11 gezeigten Weise. Das Ausgangssignal des Verstärkers 30 wird von der Diode erfaßt und in ein Gleichspannungssignal umgesetzt, das dem Regelglied 32 zugeführt wird. Dieses erzeugt das Regelsignal V^ zur automatischen Regelung der Lautstärke nach Maßgabe des vorgenannten Gleichspannungssignals. Das Regelsignal V- wird an einen Verstärkungsregelsignaleingang 24 des Regelverstärkers 23 angelegt und regelt den Verstärkungsgrad desselben. Das Regelsignal V^ wird dem Verstärker 23 zugeführt, damit der Verstärkungsgrad desselben mit steigendem Pegel des Regelsignals V₁ erhöht wird.

Wenn somit die vom Mikrofon erfaßten Umgebungsgeräusche eine sehr kleine NF-Komponente in einem Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f.. aufweisen, ist der Pegel des Regelsignals V₂ niedrig, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 kann auf den Höchstwert c von Fig. 11 erhöht werden.

Wenn ferner der Pegel der Umgebungsgeräusche hoch wird, werden der Pegel des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 9 und der Pegel des Regelsignals V. hoch gemacht, und dadurch wird der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers 23 erhöht, um die Lautstärke der Tonwiedergabe aus dem Lautsprecher 6 zu erhöhen. Somit wird die Verringerung des Rauschabstands infolge einer Erhöhung des Storgerauschpegels ausgeglichen.

Wenn ferner der Pegel der umgebungsgeräusche niedrig wird, werden der Pegel des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 9 und derjenige des Regelsignals V₁ niedrig gemacht, und daher wird der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers 23 niedriger gemacht, um die Lautstärke der Tonwiedergabe aus dem Lautsprecher 6 zu verringern. Somit wird ein HÖrton erzeugt, der leicht wahrzunehmen ist.

Andererseits ist, wenn die Umgebungsgeräusche eine große NF-Komponente im Frequenzbereich unterhalb der Frequenz f.. enthalten, der Pegel des Regelsignals V₂ niedrig, und der maximale Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 ist auf weniger als den Wert a begrenzt. Daher ist die Lautstärke der vom Lautsprecher 6 abgegebenen Tonwiedergabe begrenzt. Somit wird die Lautstärke der Tonwiedergabe so eingestellt, daß die Wiedergabe leicht zu hören ist. D. h., wenn das Fahrzeug auf einer schlechten Straße, z. B. einer Schotterstraße, fährt, wird der Pegel des Regelsignals V„ aus dem Tiefpaßfilter 36 hoch im Vergleich zum Pegel des Ausgangssignals S des Tiefpaßfilters 9, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 hängt vom Ausgangssignal S in der Weise ab, die in Fig. 11 durch die Kurve V_2A bezeichnet ist. D. h., wenn

der Pegel des Ausgangssignals S einen Wert S₃ übersteigt, ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 auf einen Wert a begrenzt. Infolgedessen ist, auch wenn der Pegel des Ausgangssignals S des Tiefpaßfilters 9 in einem solchen Zustand weiter steigt, die Lautstärke der Tonwiedergabe auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Somit wird die Lautstärke der Tonwiedergabe so eingestellt, daß sie einem vom Gehör des Hörers wahrgenommenen Geräuschpegel entspricht.

Wenn das Fahrzeug auf einer Schnellstraße fährt, wird der Pegel des Ausgangssignals S des Tiefpaßfilters 9 gegenüber dem Pegel des Regelsignals V„ hoch, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 hängt vom Ausgangssignal S in der durch die Kurve V_2c in Fig. 11 bezeichneten Weise ab. D. h._f der Verstarkungsgrad des Verstärkers 30 wird mit dem Pegel des Ausgangssignals S erhöht, bis der Pegel des Signals S einen Wert S- erreicht, und nimmt einen hohen Wert c an, wenn der Pegel des Signals den Wert S₁ erreicht. Infolgedessen wird die Lautstärke der Tonwiedergabe nach Maßgabe eines vom Gehör des Hörers wahrgenommenen Geräuschanstiegs erhöht, und somit wird ein günstiger Rauschabstand aufrechterhalten.

Wenn das Fahrzeug auf einer ebenen Straße fährt, hängt der Verstärkungsgrad des Verstärkers 30 vom Ausgangssignal S in der Weise entsprechend "der Kurve V₂ von Fig. 11 ab. Somit wird die Lautstärke der Tonwiedergabe auf jeden Fall nach Maßgabe des vom Gehör des Hörers wahrgenommenen Geräuschpegels geregelt.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel auch dann, wenn das ein Tonwiedergabegerät, z. B. ein Autoradio oder eine Auto-Stereoanlage, aufweisende Fahrzeug sich im Fahrzustand befindet, die Lautstärke der Tonwiedergabe ständig automatisch entsprechend dem vom Gehör des Hörers wahrgenommenen Geräuschpegel geregelt, d. h., die Lautstärkeregelung kann genau entsprechend dem vom Gehör des Hörers wahrgenommenen Geräuschpegel erfolgen.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel für die Schaltungsauslegung des Regelverstärkers 30. Dieser umfaßt einen Rechenverstärker sowie Transistoren 42, 44 und 46. Der nichtinvertierende Eingang des Rechenverstärkers 40 ist an den Ausgang des Tiefpaßfilters 9 zum Empfang des Signals S angeschlossen. Die Basis des Transistors 46 empfängt das Regelsignal

Wenn das Regelsignal V₂ an die Basis des Transistors 46 über den Regelsignaleingang 31 angelegt wird, wird ein durch einen Widerstand 48 fließender Strom nach Maßgabe des Regelsignals V_? bestimmt. Infolgedessen wird ein Potential V.g eines Verbindungspunkts 49, d. h. das Vorspannungspotential an der Basis des Transistors 44, nach Maßgabe des Regelsignals V₂ bestimmt. Infolgedessen ändert sich ein Emitterpotential V₄₄ des Transistors 44 mit dem Regelsignal V₂ und steuert den Basisstrom des Transistors 42. Daher wird der Sättigungspegel des Verstärkers 40 bei verschiedenen Pegeln des Signals S durch das Emitterpotential V₄₄ bestimmt. D. h., wenn die Regelspannung V₂ ansteigt, werden die Potentiale V₄„ und V₄₄ beide

, .3224073

verringert. Somit wird der Sättigungspegel des Verstärkers 40 gesenkt, wie aus dem Pegel L. von Fig. 10 oder der Kurve V_2A von Fig. 11 ersichtlich ist.

Fig. 13 ist ein Beispiel für die Schaltungsauslegung des Regelverstärkers 23 und des Regelglieds 32. Dabei umfaßt der Verstärker 23 einen Differenzverstärker, der aus zwei Transistoren 60 und 62 sowie zwei Widerständen 64 und besteht, und einen Transistor 58. Ferner umfaßt das Regelglied 32 einen Differenzverstärker, der aus zwei Transistoren 50 und 52 sowie Widerständen 54, 33 und 34 besteht, und einen Spannungsteiler 56.

Die Basis des Transistors 58 empfängt das Ausgangssignal des Vorverstärkers 2, und die Basis des Transistors 50 empfängt das Gleichspannungssignal über die Diode 11. Eine Gleichspannung ν,., die von der Diode 11 an die Basis des Transistors 50 angelegt wird, wird mit einer Bezugsspannung V₅₂ verglichen, die an die Basis des Transistors 52 angelegt ist. Somit wird ein Potential V₅₅ eines Verbindungspunkts 55 entsprechend der Größe der Spannung V₁ . bestimmt. Das Potential V₅₅ wird an die Basis des Transistors 60 angelegt. Eine Spannung V^₆, die durch Teilung einer Speisespannung V_cc durch den Spannungsteiler 56 erzeugt wird, wird der Basis des Transistors 62 zugeführt. Eine Ausgangsspannung V₂₃ des Verstärkers 23 ändert sich mit den Spannungen Ve₅ und Vr₆- Wenn dabei die Gleichspannung V₁₁ ansteigt und hoher als die Bezugsspannung V~ wird, wird der Transistor 50 stromführend, und das Potential V₅₅ des Verbindungspunkts 55 wird verringert. Wenn das Potential V₅₅ niedriger als das Potential V₅₆

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wird, wird der Transistor 62 stromführend. Wenn andererseits die Gleichspannung V^₁ verringert wird und niedriger als die Bezugsspannung V^ wird, wird der Transistor 52 stromführend, und das Potential V_- wird höher als das Potential V^₆. Somit wird der Transistor 60 stromführend. D. h., wenn der Pegel der Umgebungsgeräusche sehr hoch ist (d. h. wenn die Gleichspannung V-. einen Höchstwert annimmt), gelangt der Transistor 62 in den Einschaltzustand, und der Transistor 60 gelangt in den Ausschaltzustand. Wenn entsprechende Widerstandswerte der Widerstände 64, 65 und mit Rg4, Rg5 und Rgg bezeichnet werden, ergibt sich der Verstärkungsgrad des Verstärkers 23 im vorstehenden Fall mit (RgA + Rg5)/**66" Wenn ferner der Geräuschpegel sehr niedrig ist (d. h., wenn die Gleichspannung V₁₁ einen Minimalwert annimmt), gelangt der Transistor 62 in den Ausschaltzustand und der Transistor 60 in den Einschaltzustand. Der Verstärkerungsgrad des Verstärkers 23 ist in diesem Fall gegeben durch Rgc/Rgg· Wie vorstehend erwähnt, ändert sich der Leitungsgrad jedes Transistors 60 und 62 mit dem Geräuschpegel, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers 23 ändert sich innerhalb eines Bereichs von

Rg^/Rgg bis (Rg4 + ^R65^^R66 entsprechend dem Umgebungsgeräuschpegel.

Der Regelwiderstand 33 hat die Funktion, die Ein-Ausgangs-Kennlinie des Regelglieds 32 so zu ändern, daß die Neigung einer Kurve, die die Änderung des Verstärkungsgrads des Verstärkers 23 mit dem Pegel der Umgebungsgeräusche zeigt, entsprechend Fig. 4 frei änderbar ist. Die Änderung des Verstärkungsgrads mit dem Geräuschpegel nach Fig. 4 ist groß, wenn der Wert des Widerstands 33 größer ist. Der

.. .·-. ;..;;.■ _Γ _ -322AO78

Regelwiderstand 34 hat die Punktxon, denjenigen Umgebungsgeräuschpegel, bei dem sich der Verstärkungsgrad des Regelverstärkers 23 zu ändern beginnt, auf verschiedene Werte entsprechend Fig. 5 einzustellen. Infolgedessen kann durch Verstellen der Regelwiderstände 33 und 34 die Operationskennlinie der ALR-Einheit 17 frei geändert werden, und somit kann die ALR-Einheit 17 nach Maßgabe eines Zustande, unter dem die Auto-Stereoanlage arbeitet, optimal funktionieren. Die Operationskennlinie der ALR-Einheit kann durch Ändern des Verstärkungsgrads des Verstärkers 30 anstatt durch Justierung der Widerstände 33 und 34 des Verstärkers eingestellt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden Tiefpaßfilter 9 und 36 verwendet. Diese können jedoch durch Bandpaßfilter ersetzt werden. D. h., das Tiefpaßfilter 9 kann durch ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich von 5-90 (oder 100) Hz und das Tiefpaßfilter 36 durch ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich von 5-20 (oder 30) Hz ersetzt werden.

Ferner können, obwohl die Ausgangsseite des Mikrofons 8 an eine Parallelverbindung der Tiefpaßfilter 9 und 36 angeschlossen ist, die Filter 9 und 36 entsprechend Fig. 14 reihengeschaltet sein.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert der Ausgang der Diode 11 das Regelglied 32, und der Ausgang der Diode steuert den Verstärker 30. Alternativ kann eine Schaltung nach Fig. 15 verwendet werden, wobei der Ausgang der Diode 11 den Vorverstärker 2 durch das Regelglied 32 steuert und der Ausgang der Diode 38 den Verstärker 23 durch ein weiteres Regelglied 32' steuert.

In der vorstehenden Erläuterung wurde zur Vereinfachung der Erklärungen ein Mono-Tonwiedergabegerät beschrieben. Selbstverständlich hat ein echtes Schaltungsteil zwischen dem Magnetkopf 1 und dem Lautsprecher 6 zwei Kanäle, d. h., in diesem Schaltungsteil wird ein Stereosystem verwendet. Das Regelsignal V. wird an entsprechende Regelverstärker 23 dieser Kanäle gemeinsam angelegt. Natürlich eignet sich der Lautstärkeregler ebenfalls für ein Mono-Tonwiedergabegerät.

Ferner ist der Lautstärkeregler natürlich nicht nur mit einer Kassetten-Stereoanlage, sondern auch im Fall einer Auto-Stereoanlage einsetzbar, mit der FM- und AM-Rundfunkübertragungen empfangen werden.

Wie vorstehend erläutert wurde, kann durch Hinzufügen einer relativ einfachen Regelschaltung die Lautstärke einer Tonwiedergabe automatisch genau nach Maßgabe des vom Gehör eines Hörers empfundenen Geräuschpegels geregelt werden. D. h., es wird eine automatische Verstärkungsregelschaltung geschaffen, bei der die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden und die ein Autoradio, eine Auto-Stereoanlage od. dgl. in einen so günstigen Betriebszustand bringen kann, daß der Rauschabstand des in einem Fahrzeug wahrgenommenen Tons ständig optimal ist.

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Claims

Ansprüche

1./Automatischer Lautstärkeregler für Tonwiedergabegeräte in

einem Mikrofon, das ümgebungs- bzw. Störgeräusche aufnimmt und elektrische Signale erzeugt, deren Pegel den Umgebungsgeräuschpegeln entsprechen; einem ersten Filter, das die Ausgangssignale des Mikrofons empfängt und die elektrischen Signale mit einem ersten vorbestimmten Frequenzband durchläßt; einem ersten Lautstärkeregelsignalgeber, der das elektrische Ausgangssignal des ersten Filters gleichrichtet und ein erstes Lautstärkeregelsignal erzeugt; und einer Lautstärkeregeleinheit, die die Wiedergabelautstärke eines Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Pegel des ersten Lautstärkeregelsignals regelt,

gekennzeichnet durch ein zweites Filter (36), das aus dem elektrischen Signal vom Mikrofon (8) nur die Signalkomponente mit einem zweiten vorbestimmten Frequenzband, das in dem ersten

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vorbestimmten Frequenzband enthalten ist, durchläßt; und

einen zweiten Lautstärkeregelsignalgeber (37, 38), der das elektrische Ausgangssignal des zweiten Filters (36) gleichrichtet und ein zweites Lautstärkeregelsignal (V₂) erzeugt, so daß der Lautstärkeregler die Wiedergabelautstärke des Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Pegel des zweiten Lautstärkeregelsignals (V₂) einstellt.

2. Lautstärkeregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Lautstärkeregler die Wiedergabelautstärke des Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Erhöhung des Pegels des ersten Lautstärkeregelsignals (V^) erhöht und den Höchstwert der Wiedergabelautstärke des Tonwiedergabegeräts nach Maßgabe der Erhöhung des Pegels des zweiten Lautstärkeregelsignals (V^) verringert.

3. Lautstärkeregler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Frequenzband in einem niedrigeren Frequenzbereich eines Tonfrequenzbands liegt, und daß das zweite Frequenzband ein niedrigerer Frequenzbereich des ersten Frequenzbands ist.

4. Lautstärkeregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Frequenzband niedriger als eine Frequenz ist, bei der ein maximales Hörtonspektrum ein Störgeräuschspektrum schneidet, und daß das zweite Frequenzband niedriger als eine minimale Hörfrequenz ist.

5. Lautstärkeregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Filter ein Tiefpaßfilter (9) mit einer Grenzfrequenz im Bereich von ca. 50-100 Hz und das zweite Filter ein Tiefpaßfilter (36) mit einer Grenzfrequenz im Bereich von ca, 10-30 Hz ist.

6. Lautstärkeregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste und das zweite Filter Bandpaßfilter sind, die elektrische Signale mit Frequenzen in Bereichen von ca. 5-1QO Hz bzw. von 5-30 Hz durchlassen.