DE3315150C2

DE3315150C2 -

Info

Publication number: DE3315150C2
Application number: DE3315150A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Mori; Yasumasa Fukatsu; Takashi Tokorozawa Saitama Jp Sakakibara
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1989-12-28
Anticipated expiration: 2003-04-28
Also published as: DE3315150C3; US4553257A; GB2123230A; GB8311509D0; GB2123230B; DE3315150A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung für ein Gerät zur Verstärkung und Wiedergabe von Ton-Nutzsignalen bei vorhandenem Umgebungsgeräusch nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Steuervorrichtung ist aus der DE-OS 25 22 381 bekannt.

Bei dieser Vorrichtung wird die Wiedergabelautstärke des zu beeinflussenden Gerätes nicht nur in Abhängigkeit vom Umgebungsgeräuschpegel, sondern auch in Abhängigkeit vom Pegel des empfangenen Nutzsignals eingestellt. Dabei wird der Nutzsignalpegel über eine Rückkopplungsschleife für die Wiedergabelautstärkeregelung herangezogen. Diesem rückgekoppelten Signal wird ein aus dem Störsignal abgeleitetes Signal überlagert. Es handelt sich demnach um eine Regelung, die hinsichtlich der Auswertung des Nutzsignals rückwärtsregelnd ist, hinsichtlich der Auswertung des Störsignalpegels aber vorwärtsregelnd. In das rückwärtsregelnde Signal gehen somit die Einflüsse der geräuschpegelabhängigen Regelung mit ein. Dies ist jedoch höchst unvorteilhaft, denn die geräuschpegelabhängige Regelung soll den Verstärker hochregeln, wenn das Umgebungsgeräusch einen hohen Pegel hat, während die Regelung, die über den Ausgang des regelbaren Verstärkers gewonnen wird, gegenkoppelnd ist, so daß die Auswirkungen der erstgenannten Regelung teilweise wieder aufgehoben werden. Die einander gegenwirkenden Regelungen sind voneinander nicht unabhängig.

Ähnliche Vorrichtungen mit den nämlichen Nachteilen sind aus der DE-OS 29 04 920, der DE-OS 29 42 331, der DE-OS 30 47 288 und der EP-OS 00 26 929 bekannt.

Gemeinsam ist den bekannten Vorrichtungen ferner, daß die von ihnen bewirkte Beeinflussung der Wiedergabelautstärke des zu steuernden Gerätes Wünsche offenläßt, die nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3B erläutert werden sollen. Obgleich dort eine steuernde Vorrichtung ohne Rückkopplungsschleife dargestellt ist, gelten die darin angestellten Überlegungen doch auch für die bekannten regelnden Schaltungen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer herkömmlichen selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung und

Fig. 2, 3A und B auf die Vorrichtung von Fig. 1 bezogene Kennwertdiagramme.

Wenn in einer Umgebung mit starkem Nebengeräusch Musik gespielt wird, so kann diese von dem Geräuch überdeckt werden, wenn sich der Nebengeräusch- und/oder der Musikschallpegel in ungünstiger Weise gegenseitig ändern.

Bei der Vorrichtung von Fig. 1 wird das Neben- oder Umgebungsgeräusch von einem Detektor oder Meßfühler 1 erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das einer Geräuschpegel- Erfassungsschaltung 2 zugeführt wird, die ein den Geräuschpegel kennzeichnendes Signal erzeugt. Das auf diese Weise gelieferte Geräuschpegelsignal wird in einer Verstärkerschaltung 4 mit einer Konstanten α verstärkt, und diese Schaltung 4 gibt als Ergebnis ein Verstärkungssteuersignal A aus, das mit dem Geräuschpegel schwankt.

Ein gewünschtes Stimmen- oder Musiksignal (Nutzsignal) B, das an einer Signaleingangsklemme 3 liegt, wird über eine Verstärkungssteuerschaltung 5 einem Leistungsverstärker 6 zugeführt, in dem es verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird durch einen Lautsprecher 7 wiedergegeben. Bei dieser Arbeitsweise ändert sich in der Verstärkungssteuerschaltung 5 die Verstärkung in Übereinstimmung mit dem von der Verstärkerschaltung 4 ausgegebenen Verstärkungssteuersignal A, d. h., daß bei Ansteigen des Umgebungsgeräuschpegels der Pegel des vom Lautsprecher 7 abgegebenen Tons erhöht wird, so daß der Hörer die gewünschte Wiedergabe gut hören kann. Die Beziehung zwischen dem Umgebungsgeräuschpegel und der Lautstärke ist in Fig. 2 gezeigt, woraus zu entnehmen ist, daß die mittlere Lautstärke b bei Ansteigen des Umgebungsgeräuschpegels a größer wird.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird die Wiedergabelautstärke nur entsprechend dem Umgebungsgeräuschpegel verändert. Deshalb liegt bei dieser Vorrichtung der Nachteil vor, daß sie nicht besonders wirksam ist, wenn das ihr zugeführte Nutzsignal einen beträchtlichen Dynamikumfang hat.

Beispielsweise wird bei einer Symphonie, bei der erhebliche Abweichungen vom mittleren Schallpegel vorkommen, ein Musikton von niedrigem Pegel in einem Bereich D, wie Fig. 3A zeigt, überdeckt. Wird die Verstärkung erhöht, um ein Überdecken des schwachen Signals c (von niedrigem Pegel) zu verhindern, dann tritt eine Schwierigkeit insofern auf, als ein starkes Signal e (von hohem Pegel) dann eine übermäßige Lautstärke in einem Bereich f erzeugt, wie Fig. 3B zeigt, was möglicherweise mit einer Verzerrung des Signals im Lautsprecher oder Leistungsverstärker verbunden ist.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige Lautstärke-Steuervorrichtung zu schaffen, die auch dann wirksam und leistungsfähig ist, wenn sich der Nutzsignaleingangspegel ändert.

In Übereinstimmung mit dem obigen Ziel wird für ein Gerät zur Verstärkung sowie Wiedergabe von Nutzsignalen in Gegenwart von Nebengeräusch eine selbsttätige Lautstärke-Steuervorrichtung geschaffen, die eine Einrichtung zum Erfassen eines Nebengeräuschpegels, eine Einrichtung zum Erfassen eines Nutsignalpegels, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals, das einen von den Ausgängen der beiden Pegelerfassungseinrichtungen bestimmten Pegel hat, und eine Einrichtung zur Einstellung des Verstärkungsgrads für das Nutzsignal in Übereinstimmung mit diesem Steuersignal aufweist. Dabei erzeugen die Einrichtungen zur Erfassung des Nebengeräusch- und des Nutzsignalpegels Ausgangssignale, die die Pegel der Nebengeräusch- sowie Nutzsignale über einem ersten bzw. zweiten Bezugspegel darstellen, d. h. für Pegeldifferenzen kennzeichnend sind

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung liegt das Steuersignal vor als:

Δ G = α (N-N₀) + γ (N-N₀) (S-S₀) + δ (S-S₀)

worin
N der Neben- oder Umgebungsgeräuschpegel,
S der Nutzsignalpegel,
N₀ der erste vorbestimmte Bezugspegel,
S₀ der zweite vorbestimmte Bezugspegel,
α, γ, δ Konstante sind.

Die Nebengeräusch- und Nutzsignalpegel werden vorzugsweise mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erfaßt, wobei die für das Erfassen des Nebengeräuschpegels verwendete Zeitkonstante größer gewählt wird, als die für das Erfassen des Nutzsignalpegels verwendete. In diesem Fall liegt das Steuersignal zur Steuerung der Verstärkung des Nutzsignals vor als:

Δ G = Δ N (μ + λΔ S)

worin:
(1/Δ N) ≦ λ ≦ 0 und vorzugsweise
0,04 ≦ λ ≦ 0 ist und
μ eine Konstante ist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das Steuersignal festgesetzt in Übereinstimmung mit:

a) Δ G = λ · ν für ν < 0 und
b) Δ G = 0 für ν ≧ 0

worin
ν = Δ S - βΔ N - Δ S _T und
Δ S _T eine negative Konstante sind.

In diesem Fall ist μ ≧ 0 und -1 ≦ λ < 0.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 und 6 auf die Ausführungsform von Fig. 4 bezogene Kennwertdiagramme,

Fig. 7 eine zweite und

Fig. 8 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 9 einen Schaltplan einer bei der Steuervorrichtung von Fig. 8 zur Anwendung kommenden Rechenschaltung,

Fig. 10, 11A, 11B, 12 und 13 auf die Ausführungsformen von Fig. 8 und 9 bezogene Kennwertdiagramme,

Fig. 14 einen Schaltplan einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer selbsttätigen Verstärkungssteuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 15 ein auf die Ausführungsform von Fig. 14 bezogenes Kennwertdiagramm,

Fig. 16 einen Schaltplan einer fünften Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 17 ein auf die Ausführungsform von Fig. 16 bezogenes Kennwertdiagramm,

Fig. 18 einen Schaltplan für eine beispielhafte Nebengeräuschpegel- Erfassungsschaltung,

Fig. 19 einen Schaltplan für eine beispielhafte Nutzsignalpegel- Erfassungsschaltung.

Bei der gemäß Fig. 4 aufgebauten Ausführungsform einer selbsttätigen Lautstärke-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung sind diejenigen Bauteile, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 schon beschrieben wurden, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Die Vorrichtung von Fig. 4 umfaßt u. a. die folgenden Bauteile: eine Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8, die den Pegel eines Eingangsnutzsignals B erfaßt; einen Rechenschaltkreis 9, der die Ausgänge der Nebengeräuschpegel- sowie der Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 2 bzw. 8 empfängt und diese einer Multiplikation unterwirft; eine zweite Verstärkerschaltung 10, in der der Ausgang der Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8 mit einer Konstanten δ verstärkt wird; eine dritte Verstärkerschaltung 11, in der der Ausgang des Rechenschaltkreis 9 mit einer Konstanten γ verstärkt wird; Verstärkungssteuerschaltungen 12 und 13 zur Änderung des dem Leistungsverstärker 6 zugeführten Signalpegels in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Verstärkerschaltungen 10 und 11.

Vor einer Erklärung der Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung werden die Beziehungen zwischen der Lautstärke (Lautstärkesteuergrad) sowie dem Nebengeräuschpegel und zwischen der Lautstärke sowie dem tatsächlichen Nutzsignal erläutert, die in Fig. 5 bzw. 6 dargestellt sind. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Beziehung zwischen dem Nebengeräuschpegel (in dB) und der Lautstärke (Verstärkung in dB), die nötig ist, um eine gute Hörbarkeit für das Nutzsignal zu bieten, im wesentlichen im Bereich der Nebengeräuschpegel, die gewöhnlicherweise in einem fahrenden Kraftfahrzeug auftreten, linear. Diese Beziehung kann durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden:

Δ G₁ = α (N-N₀) (1)

worin
Δ G₁ (dB) die Größe der Verstärkungsänderung im Nutzsignalpegel ist, die nötig ist, um erwünschte Hörbedingungen aufrechtzuerhalten, wenn sich der Nebengeräuschpegel von einem Bezugswert N₀ (dB) auf einen aktuellen Wert N (dB) ändert, und
α die Neigung der Geraden in Fig. 5 sind.

Die Fig. 6 gibt die Beziehung zwischen dem Nutzsignalpegel (dB) und der allgemeinen Lautstärke (Verstärkung in dB) für vorbestimmte Nebengeräuschpegel a, b und c an. Wie im Fall von Fig. 5 ist die Beziehung für jeden Nebengeräuschpegel im wesentlichen linear, wenngleich sich die Neigung β mit dem Nebengeräuschpegel ändert. Die Beziehung kann ausgedrückt werden durch:

Δ G₂ = β (S-S₀) (2)

worin
Δ G₂ (dB) die Größe der Verstärkungsänderung ist, die nötig ist, um erwünschte Hörbedingungen aufrechtzuerhalten, wenn sich der Nutzsignalpegel von einem Bezugswert S₀ (dB) zu einem Wert S (dB) ändert. Die Neigung β ist somit eine Funktion des Nebengeräuschpegels:

b = f (N-N₀) (3)

Es wurde experimentell gefunden, daß β im wesentlichen näherungsweise als eine Funktion von (N-N₀) ausgedrückt werden kann durch:

β ≅ γ (N-N₀) + δ (4)

Damit wird:

Δ G₂ = γ (N-N₀) (S-S₀) + δ (S-S₀)

Somit kann in dem Fall, daß Musik mit veränderlichem Pegel in Gegenwart von Nebengeräuschen mit veränderlichem Pegel gespielt wird, die benötigte Änderung Δ G in der Lautstärkesteuerung wiedergegeben werden durch:

Δ G = Δ G₁ + Δ G₂ = α (N-N₀) + γ (N-N₀) (S-S₀) + δ (S-S₀) (5)

Demzufolge wird bei der in Fig. 4 gezeigten Schaltung der Ausgang der Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8 der zweiten Verstärkerschaltung 10 zugeführt, in der er mit einer Konstanten δ verstärkt wird. Der so erzeugte Ausgang wird an die Verstärkungssteuerschaltung 12 gelegt. Der Ausgang des Rechenschaltkreises 9 wird in der Verstärkerschaltung 11 mit einer Konstanten γ verstärkt und der Verstärkungssteuerschaltung 13 für eine Verstärkungssteuerung zugeführt. Durch Wahl geeigneter Werte für die Verstärkungsfaktoren α bzw. δ bzw. γ bei den Verstärkerschaltungen 4, 10 bzw. 11 wird die Gleichung (5) erfüllt. Auf diese Weise werden, selbst wenn der Nebengeräusch- oder der Nutzsignalpegel einer Änderung unterliegt, optimale Hörbedingungen allzeit aufrechterhalten.

Wenn, wie in Fig. 7 angedeutet ist, ein Rechenschaltkreis 9′ so ausgelegt ist, daß er die durch den Ausdruck (5) angegebenen Berechnungen unmittelbar ausführen kann, dann können die Verstärkerschaltungen 4 sowie 10 und die zugehörigen Verstärkungssteuerschaltungen 5 sowie 12 entfallen.

Die Fig. 8 zeigt die allgemeine Anordnung für eine andere Ausführungszone einer erfindungsgemäßen selbsttätigen Lautstärke-Steuerschaltung, die eine Rechen- und Steuerschaltung 9′′ aufweist, welche ein Verstärkungssteuersignal A zur Steuerung der Verstärkungssteuerschaltung 10 liefert, indem die Ausgangssignale der Nebengeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 und der Nutzsignal-Erfassungsschaltung 8 einer Rechenoperation, die mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben wird, unterworfen werden.

Gemäß Fig. 9 wird in einer Verstärkerschaltung 20 eine dem Pegelunterschied Δ S (dB) zwischen dem von der Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8 zugeführten Nutzsignal und dem Bezugssignal proportionale Spannung mit einer Konstanten λ verstärkt. In einer Addierschaltung 21 wird eine einer positiven Konstanten μ entsprechende Spannung dem Ausgang der Verstärkerschaltung 20 zugefügt. In einer Multiplizierschaltung 22 wird das Produkt aus dem Ausgang der Addierschaltung 21 und einer einer Nebengeräuschpegeländerung Δ N (dB) gegenüber einem Nebengeräuschbezugspegel N₀ (dB(A)SPL) entsprechenden Ausgangsspannung, die von der Nebengeräuschpegel- Erfassungsschaltung 2 geliefert wird, gebildet, so daß die Multiplizierschaltung 22 eine zu Δ N (μ+λΔ S) proportionale Spannung erzeugt, die an eine Begrenzerschaltung 23 gelegt wird.

Bei dieser Anordnung wird durch die Nebengeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 eine der Nebengeräuschpegeländerung N₀ (dB(A)SPL) proportionale Gleichspannung ausgegeben. Hierbei wird der Nebengeräuschbezugspegel N₀ (dB(A)SPL) so gewählt, daß er die untere Grenze des Nebengeräuschpegels bildet, oberhalb welcher eine Lautstärkesteuerung erforderlich ist. Im allgemeinen wird er fest oder variabel im Bereich von 40 bis 60 (dB(A)SPL) eingestellt. Die Nebengeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 enthält einen Schaltkreis, z. B. ein Tiefpaßfilter, um Nebengeräusch- und Nutzsignale voneinander zu trennen, so daß lediglich der Nebengeräuschpegel erfaßt wird.

Der Pegel des (gewünschten) Eingangsnutzsignals, das an der Eingangssignalklemme 3 anliegt, wird durch die Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8 festgestellt, die eine einem inkrementellen Wert Δ S mit Bezug zum Bezugssignalpegel S₀ proportionale Gleichspannung abgibt. Hierbei ist es wünschenswert, daß der Bezugssignalpegel S₀ (dB) auf einen Durchschnittswert des erwarteten Bereichs von Eingangsnutzsignalpegeln eingestellt wird. Im Fall von zwei Kanälen sollte die Summe der Eingangsnutzsignale in beiden Kanälen erfaßt werden.

Zeitkonstantenschaltungen der Nebengeräuschpegel- sowie Nutzsignalpegel- Erfassungsschaltungen 2 bzw. 8 sind in Fig. 18 bzw. 19 gezeigt. Eine Zeitkonstante τ _n wird durch einen Widerstand R₁ sowie einen Kondensator C₁, eine Zeitkonstante τ _r wird durch einen Widerstand R₂ sowie einen Kondensator C₂ und eine Zeitkonstante τ _f wird durch einen Widerstand R₃ und den Kondensator C₂ bestimmt. Ferner sind eine Rückstromfluß- Sperrdiode D und ein Verstärker A₁ vorhanden. In der Nutzsignalpegel- Erfassungsschaltung 8 ist es für die Zeitkonstante τ _f für eine Pegelabnahme erwünscht, daß sie größer ist als die Zeitkonstante τ _r für eine Pegelzunahme und daß jede der beiden Zeitkonstanten kleiner ist als die Zeitkonstante τ _n der Nebengeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2. Die Steuerung erfolgt derart, daß die Verstärkung erhöht wird, wenn das Nutzsignal auf einem niedrigen Pegel ist. Deshalb kann, falls die Zeitkonstante τ _r nicht kleiner als τ _f ist, bei einem abrupten Anstieg des Signalpegels das Signal auf einem zu hohen Ausgangspegel wiedergegeben werden. Ein natürlich wiedergegebener Schall oder Ton kann somit dadurch erhalten werden, daß man die Zeitkonstante τ _r kleiner macht als die Zeitkonstante τ _f. Im allgemeinen ist die Pegeländerung eines Musiktonsignals schneller als die des Nebengeräuschs. Deshalb werden die Zeitkonstanten τ _r und τ _f kleiner gemacht als die Zeitkonstante t _n, so daß abrupten Änderungen im Musiktonpegel gefolgt werden kann.

Das auf diese Weise erfaßte Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 8 wird in der Verstärkerschaltung 20 mit einem konstanten, negativen Faktor λ verstärkt. Der Wert des Faktors λ wird für die Bestimmung eines Nutzsignalpegel- Pressungsgrades gewählt, der mit Bezug auf Erhöhungen im Umgebungsgeräuschpegel ansteigt. Der Faktor λ liegt vorzugsweise im Bereich von -0,04 < λ ≦ 0 und kann seitens der Bedienungsperson wählbar sein. In der Addierschaltung 21 wird eine der positiven Konstanten μ entsprechende Spannung dem Ausgang der Verstärkerschaltung 20 hinzuaddiert. μ ist eine Konstante, die dazu herangezogen wird, eine Verstärkungszuwachsrate für ein Bezugspegeleingangssignal mit Bezug zu Erhöhungen im Nebengeräuschpegel zu bestimmen. Diese Konstante liegt allgemein in einem Bereich von 0 ≦ μ < 1 und kann ebenfalls seitens der Bedienungsperson wählbar sein.

Die Multiplizierschaltung 22 bildet das Produkt aus dem Ausgang der Nebengeräusch-Erfassungsschaltung 2 und aus dem Ausgang der Addierschaltung 21. Die Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 22 ist somit zu Δ N (μ+λΔ S) proportional. Eine Zweiquadrant-Multiplizierschaltung kann für diese Schaltung 22 zur Anwendung kommen, wobei der Ausgang der Nebengeräuschpegel-Erfassungsschaltung 2 mit der positiven Eingangsklemme und der Ausgang der Addierschaltung 21 mit der bipolaren Eingangsklemme dieser Schaltung 22 verbunden werden. Somit wird, wenn der Nebengeräuschpegel niedriger ist als der Nebengeräuschbezugspegel, d. h., wenn Δ N = 0 ist, eine Lautstärkesteuerung mit dem Ausgang 0 der Multiplizierschaltung 22 ausgeführt.

Das auf diese Weise erhaltene Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 22 wird durch die Begrenzerschaltung 23 als ein Verstärkungssteuersignal A an die Verstärkungssteuerschaltung 13 gelegt, die variabel ist und aus einem spannungsgesteuerten Verstärker od. dgl. besteht, dessen Verstärkung logarithmisch linear beeinflußt werden kann. Deshalb kann durch Anpassen der Steuerempfindlichkeit an die Charakteristik der Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 22 eine Steuerung in einer solchen Weise bewirkt werden, daß die Verstärkung Δ G (dB) für das von der Signaleingangsklemme 3 zugeführte Eingangsnutzsignal die folgende Gleichung erfüllt:

Δ G = Δ N (μ + λΔ S) (6)

Die Fig. 10 zeigt die Wirkung in der Lautstärkesteuerung der oben beschriebenen Vorrichtung. Hierbei ist der Maximalwert des Eingangssignalpegels gleich S₀+Δ S _max (dB) und der Minimalwert gleich S₀+Δ S _min (dB), wobei Δ S _max < 0 und Δ S _min < 0 ist. Ferner gibt die Ordinatenachse die Summe von Eingangsnutzsignalpegel und Verstärkung (in dB), die Abszisse den Nebengeräuschpegel (in dB) an. Wenn letzterer niedriger ist als der Nebengeräuschbezugspegel N₀ (in Fig. 10 durch a angegeben), so wird keine Lautstärkesteuerung ausgeführt, weshalb Δ G = 0 ist. Wenn der Nebengeräuschpegel ansteigt, so wird in Übereinstimmung mit Gleichung (6) eine selbsttätige Lautstärkesteuerung durchgeführt. Für eine Zunahme Δ N (durch b in Fig. 10 angegeben) ist die Verstärkungsänderung Δ G₁ mit Bezug zum mittleren Signalpegel S₀ somit Δ N μ (Δ G₁ = Δ N μ). Gleicherweise ergeben sich eine Verstärkungszunahme Δ G₂ für den maximalen Signalpegel S₀+Δ S _max und eine Verstärkungszunahme Δ G₃ für den minimalen Signalpegel S₀+Δ S _min, wie folgt:

Δ G₂ = Δ N (μ + λΔ S _max) und

Δ G₃ = Δ N (μ + λΔ S _min)

worin Δ N ≧ 0, μ ≧ 0, λ ≦ 0, Δ S _max < 0 und Δ S _min < 0 sind,
woraus folgt, daß

Δ G₂ ≦ Δ G₁ ≦ Δ G₃

ist. Das heißt mit anderen Worten, daß eine selbsttätige Lautstärkesteuerung in der Weise ausgeführt wird, daß bei abnehmendem Nutzsignalpegel die Verstärkung erhöht und bei ansteigendem Nutzsignalpegel die Verstärkung vermindert wird. Es wird somit eine selbsttätige Lautstärkesteuerung in geeigneter Weise derart ausgeführt, daß ein schwaches Eingangsnutzsignal nicht durch ein Nebengeräusch überdeckt und ein starkes Nutzsignal nicht mit übermäßig hohem Pegel wiedergegeben wird. In dem Fall, da der Nebengeräuschpegel ausreichend niedrig ist (Δ N ≦ 0) wird Δ G = 0, und somit wird keine automatische Lautstärkesteuerung herbeigeführt.

Es wird nun auf die Einstellung des Bezugslautstärkepegels während der Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung und ihre Wirkung eingegangen. Der hier gebrauchte Ausdruck "Bezugslautstärkepegel" soll einen mittleren Lautstärkepegel bezeichnen, der vom persönlichen Empfinden oder einer Wahl abhängt und vom Hörer für einen schwachen oder niedrigen Nebengeräuschpegel (Δ N = 0) eingestellt wird. In der Nutzsignalpegel-Erfassungsschaltung 8 ist der Bezugswert für die Pegelerfassung im allgemeinen fest. Deshalb hängt der Steuereffekt davon ab, ob das Einstellen der Bezugslautstärke vor oder nach einer Signalpegelerfassung ausgeführt wird.

Die Fig. 11A zeigt die in dem Fall erhaltenen Steuereffekte, da bei gleichen Konstanten λ und μ die an der Klemme 3 eingegebene Bezugslautstärke eingeregelt und von Hand durch einen Einstellwiderstand an einem Tonbandgerät, Tuner od. dgl. eingestellt wird. Die Fig. 11B zeigt die in dem Fall erhaltenen Steuereffekte, da das Einstellen der Bezugslautstärke in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur selbsttätigen Lautstärkesteuerung oder in der rückwärtigen Stufe der Vorrichtung nach Erfassen des Signalpegels ausgeführt wird. Wie die Fig. 11A und 11B erkennen lassen, nimmt offenbar die Steuerkonstante μ ab, wenn die Bezugslautstärke ansteigt. Allgemein nimmt die Überdeckungswirkung durch Nebengeräusch bei Ansteigen der Bezugslautstärke ab. Daraus ist zu erkennen, daß die Art der Steuerung nach Fig. 11B dem Steuereffekt gemäß Fig. 11A überlegen ist.

Anschließend werden die Gründe für die Auswahl des Bereichs der Kontanten λ erläutert. Wenn bei der Vorrichtung der Nebengeräuschpegel ansteigt, so wird die Größe der Signalpegelpressung entsprechend dem Wert der Konstanten λ erhöht, und in dem Fall, da λ groß ist und Δ N ebenfalls groß ist, wird die Lautstärkebeziehung umgekehrt, wie Fig. 12 zeigt. Gemäß der obigen Gleichung (6) sind die Verstärkungen für zwei verschiedenartige Signale Δ S₁ und Δ S₂, wobei Δ S₁ < Δ S₂ ist, die folgenden:

Δ G₁ = Δ N (μ + λΔ S₁) und

Δ G₂ = Δ N (μ + λΔ S₂)

Die Bedingung dafür, daß die Lautstärkebeziehung unverändert beibehalten bleibt, ist:

Δ S₁ + Δ G₁ ≧ Δ S₂ + Δ G₂

Gemäß diesen Ausdrücken ist der Bereich von λ:

-(1/Δ N) ≦ λ ≦ 0

Somit wird bei ansteigendem Δ N der λ-Einstellbereich vermindert.

Bei dem in Rede stehenden Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Maximalwert von Δ N = 25 (dB), woraus -0,04 ≦ λ ≦ 0 folgt.

Es wird nun auf eine Erscheinung, daß der Nebengeräuschpegel ansteigt, während die Verstärkung vermindert wird, und auf ein Verfahren, um das Auftreten dieser Erscheinung zu verhindern, eingegangen. Aus dem Ausdruck (6) wird deutlich, daß bei kleinem μ und großem λ wie auch großem Δ S manchmal die Verstärkung Δ G negativ werden kann. Das ist in Fig. 13 dargestellt. Um diese Erscheinung zu unterbinden, ist die selbsttätige Lautstärkesteuervorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Begrenzerschaltung 23 versehen, die eine nichtlineare Diodencharakteristik hat, wodurch ein Negativwerden von Δ G verhindert wird.

Erwünschtenfalls kann die Begrenzerschaltung 23 in der Eingangsstufe der Multiplizierschaltung 22 vorgesehen werden, d. h., diese Schaltung 22 kann mit einer Erstquadrant- Multiplizierschaltung ausgestattet werden, die einen Ausgang nur dann liefert, wenn beide Eingänge positiv sind.

Die Fig. 14 zeigt ein weiteres Beispiel einer gemäß der Erfindung aufgebauten selbsttätigen Lautstärkesteuervorrichtung, wobei funktionell vorher beschriebenen Elementen entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

In Fig. 14 wird in einer Verstärkerschaltung 30′ der Ausgang der Nebengeräusch-Erfassungsschaltung 2 mit der Konstanten m verstärkt. Mit der Ausgangsklemme der anderen Verstärkerschaltung 30 ist ein Schalter 31 verbunden. In der Addierschaltung 32 wird der Ausgang der Verstärkerschaltung 30′ zum Ausgang der Verstärkerschaltung 30, der über den Schalter 31 angelegt wird, hinzuaddiert. Der Ausgang der Addierschaltung 32 wird an die Verstärkungssteuerschaltung 13 gelegt.

In der oben beschriebenen Schaltung ist das Maß der Signalpressung ohne Rücksicht auf den Nebengeräuschpegel konstant. Deshalb wird ein Steuereffekt, wie er in Fig. 15 graphisch dargestellt ist, durch Öffnen des Schalters 31 für ein Signal, das einen kleinen Änderungsbereich hat, und durch Schließen des Schalters 31 für ein Signal, das einen großen Änderungsbereich hat, erhalten. Die Steuergleichungen sind in diesem Zsuammenhang die folgenden:

Δ G = μΔ N (bei offenem Schalter)

Δ G = μΔ N + λΔ S (bei geschlossenem Schalter)

wobei μ ≧ 0 und -1 ≦ 0 sind.

Ein weiteres Beispiel für eine Lautstärke-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 16, wobei zu Fig. 14 gleiche Elemente mit denselben Bezugszahlen oder Symbolen bezeichnet sind.

In der Addierschaltung 32 wird eine einer negativen Konstanten Δ _T entsprechende Spannung zum Ausgang der Verstärkerschaltung 30′ hinzuaddiert. In einer Subtraktionsschaltung 33 wird die Summe vom Ausgang der Nutzsignalpegel- Erfassungsschaltung 8 abgezogen. Die Verstärkerschaltung 30, die mit μ verstärkt, ist an die Ausgangsklemme der Subtraktionsschaltung 33 angeschlossen. Der Ausgang der Verstärkerschaltung 30 wird über die Begrenzerschaltung 34 an die Verstärkungssteuerschaltung 13 gelegt.

Wenn bei der Schaltung mit der oben beschriebenen Anordnung das Nebengeräusch ansteigt, so wird die Lautstärke allmählich von einem schwachen Signalpegel aus angehoben, so daß die gewünschte Schalleistung nicht vom Nebengeräusch überdeckt wird. Die Steuergleichungen sind in diesem Fall die folgenden:

a) Δ G = λ · ν (für ν < 0)
b) Δ G = 0 (für n ≧ 0)

wobei ν = Δ S-μΔ N-Δ S _T ist.

Die Steuercharakteristik ist die in Fig. 17 gezeigte, wobei μ = 0 und -1 ≦ λ < 0 sind und somit Δ S _T die obere Grenze für ein Signal ist, dessen Verstärkung erhöht wird, wenn Δ N = 0 ist, und wobei die Konstante Δ S _T entweder fest oder variabel sein kann.

Claims

1. Selbsttätige Lautstärkesteuervorrichtung für ein Gerät zur Verstärkung und Wiedergabe von Ton-Nutzsignalen bei vorhandenem Umgebungsgeräusch, enthaltend einen Verstärker mit regelbarem Verstärkungsgrad, eine Signale an ihren Eingängen summierende Steuersignalerzeugungsschaltung, die dem genannten Verstärker zugeführt ist und dessen Pegel von dem Nutzsignalpegel und dem Umgebungsgeräuschpegel beeinflußt ist, und eine Einrichtung zur Erfassung des Umgebungsgeräuschpegels, deren Ausgang mit der Steuersignalerzeugungsschaltung verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

a) die Einrichtung (2) zur Erfassung des Geräuschpegels enthält ein Glied zur Erzeugung eines ersten, einen Zuwachs des Geräuschpegels (N) über einen ersten vorbestimmten Bezugspegel (N₀) kennzeichnenden Ausgangssignals ( Δ N),
b) es ist eine Einrichtung (8) zur Erfassung des Eingangspegels des dem Verstärker (13) mit regelbarer Verstärkung zugeführten Nutzsignals vorgesehen, die ein Glied zur Erzeugung eines zweiten, einen Zuwachs des Nutzsignalpegels (S) über einen zweiten vorbestimmten Bezugspegel (S₀) kennzeichnenden Ausgangssignal ( Δ S) enthält, und
c) die Ausgangssignale der Pegelerfassungseinrichtungen (2, 8) sind mit der Steuersignalerzeugungsschaltung (9, 4, 10, 11; 9′′) verbunden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Summe aus dem Produkt aus den beiden Ausgangssignalen der Pegelerfassungseinrichtungen (2, 8) multipliziert mit einer ersten Konstanten, und wenigstens dem Ausgangssignal ( Δ N) der Geräuschpegelerfassungseinrichtung (2), multipliziert mit einer zweiten Konstanten, ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignalerzeugungsschaltung (9′′) enthält: einen Verstärker (20), in welchem das Ausgangssignal ( Δ S) der Nutzsignalpegelerfassungseinrichtung (8) mit einem konstanten Faktor (λ) verstärkt wird, eine Addierschaltung (21), in der dem Ausgangssignal (λ · Δ S) des Verstärkers (20) eine Konstante (μ) hinzuaddiert wird, und einen Multiplizierer (22), in welchem das Ausgangssignal ( Δ N) der Geräuschpegelerfassungseinrichtung (2) mit dem Ausgangssignal ( μ + λΔ S) der Addierschaltung (21) multipliziert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuersignal als Summand auch das mit einer dritten Konstanten multiplizierte Ausgangssignal der Nutzsignalpegelerfassungseinrichtung (8) enthalten ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignalerzeugungsschaltung enthält:
einen Rechenkreis (9), in dem die Ausgangssignale ( Δ N, Δ S) der beiden Pegelerfassungseinrichtungen (2, 8) miteinander multipliziert werden,
einen ersten Verstärker (4), in welchem das erste Ausgangssignal ( Δ N) mit einem ersten Faktor (α) verstärkt wird,
einen zweiten Verstärker (10), in welchem das zweite Ausgangssignal ( Δ s) mit einem zweiten Faktor (δ) verstärkt wird,
einen dritten Verstärker (11), in welchem das Ausgangssignal ( ΔN · Δ S) des Rechenkreises (9) mit einem dritten Faktor (γ) verstärkt wird, und
daß der Verstärker mit regelbarem Verstärkungsgrad drei regelbare Stufen (5, 12, 13) aufweist, denen die Ausgangssignale der vorgenannten Verstärker (4, 10, 11) zugeführt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: 0 α 1 und -1 δ 0.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Faktoren von Hand einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert von δ gleich dem oder kleiner als der Kehrwert eines maximal erwarteten Wertes des ersten Ausgangssignals ( Δ N) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kehrwert 0,04 ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschpegelerfassungseinrichtung (2) eine Schaltung mit einer ersten Zeitkonstanten und die Nutzsignalpegelerfassungseinrichtung (8) eine Schaltung mit einer zweiten Zeitkonstanten, die kleiner als die erste Zeitkonstante ist, aufweisen.