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Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Anpassen
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der Lautstärke eines Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden
Störgeräuschpegel Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen
Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden
Störgeräuschpegel, insbesondere für mobile Rundfunkempfänger, wie Autoradios od.dgl.,
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
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Mit einer solchen Schaltungsanordnung wird die Lautstärke entsprechend
dem Geräuschpegel in der Umgebung des Lautsprechers so eingestellt, daß der Wiedergabepegel
des Lautsprechers, also der Nutzsignalpegel immer um einige Dezibel (dB) höher liegt
als der Störgeräuschpegel. Dadurch wird das vom Lautsprecher abgestrahlte Nutzsignal
von dem Hörenden, unabhängig von dem jeweiligen Stärkegrad der Umweltgeräusche,
in etwa immer gleich laut empfunden. Insbesondere für den mobilen Betrieb des beispielsweise
mit einem Rundfunkempfänger verbundenen Lautsprechers bedeutet dies eine wesentliche
Verbesserung des Bedienungskomforts, da der Hörende nicht mehr gezwungen ist, bei
häufig wechselndem Störgeräuschpegel die Lautstärke des Lautsprechers
ständig
nachzustellen.
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Um das im Mikrofon aufgenommene Nutzsignal zu eliminieren, ist es
erforderlich, den Kopplungsfaktor zwischen Mikrofon und Lautsprecher zu kennen.
Dieser ist-jedoch unter anderem abhängig von Fahrzeug, dem Einbauort von Lautsprecher
und Mikrofon und Lautsprecherart.
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Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 29 42 331)
ist daher dem durch einen Gleichrichter und ein Quadriernetzwerk realisierten Gegenspannungsverstärker
ein Abstimmglied zugeordnet, mit welchem die Spannungsverstärkung nach Einbau der
Schaltungsanordnung in das jeweilige Kraftfahrzeug solange verändert werden kann,
bis der Einfluß des Lautsprechersignals in der dem Lautstärkeregler zugeführten,
von der Summierschaltung ausgegebenen Stellgröße vollständig kompensiert ist. Die
richtige Abstimmung der Schaltungsanordnung läßt sich daran erkennen, daß ein Einfluß
des Lautsprechersignals auf die Lautstärkeeinstellung nicht mehr wahrgenommen werden
kann.
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Die für den Kraftfahrzeuginsassen subjektiv richtige Lautstärkeanhebung
bei Auftreten von Störgeräuschen ist aber auch von den Kopplungsfaktoren zwischen
dem menschlichen Ohr einerseits und dem Störgeräusch und dem Nutzsignal andererseits
abhängig. Diese Kopplungsfaktoren ändern sich ebenfalls je nach Fahrzeugart, Einbauort
von Lautsprecher und Mikrofon, durch die Kraftfahrzeug-Besetzung oder durch Veränderung
der Fader- und Balance-Stellung. Diese Kopplungsfaktoren sind individueller Art
und können nur über das menschliche Ohr selbst ermittelt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Anpassung der Lautstärke an den
Störgeräuschpegel nach einer individuell an die Gegebenheiten eines Kraftfahrzeug-Innenraums
und an die Bedürfnisse und das Hörempfinden des oder der Kraftfahrzeuginsassen automatisch
anpaßbaren Nutzsignal-Störgeräusch-Zuordnung, der sogenannten Stellkennlinie, durchführt.
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Die Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß eine
werksseitig vorgegebene und auf ein Standardfahrzeug und ein Normhörempfinden zugeschnittene
Störpegel-Nutzpegel-Stellkennlinie mit vorgegebenem Grundlautstärkepegel, Endlautstärkepegel
und vorgegebener Kennliniensteilheit "selbstlernend" in einer solchen Art automatisch
modifiziert wird, daß die Stellkennlinie nach dem "Lernprozeß" optimal an die räumlichen
Gegebenheiten des Kraftfahrzeuginnenraumes und an das Hörempfinden des Benutzers
adaptiert ist. Bei diesem "Lernprozeß" dient der Lautstärkesteller als Rezeptor,
der die Reaktion des Benutzers auf die Lautstärkeanpassung, die sich in der Betätigung
des Lautstärkestellers äußert, aufnimmt und als Maß für die Kennlinienadaption der
Schaltungsanordnung verfügbar macht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen
2 - 8 zu entnehmen. Insbesondere in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Anspruch
8, mit welcher sich ein automatischer Abgleich der Schaltungsanordnung in Hinblick
auf die vollständige Kompensation der Nutzsignalkomponente im Mikrofonausgangssignal
nach Einbau im Kraftfahrzeug erreichen läßt, wird eine Schaltungsanordnung zur störgeräuschabhängigen
Lautstärkeeinstellung erzielt, die an alle räumlichen und subjektiven Gegebenheiten
optimal angepaßt ist und keine Wünsche offenläßt.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur störgeräuschabhängigen Lautstärkeeinstellung für ein Autoradio, Fig. 2 ein Diagramm
einer Stellkennlinie, welches den gewünschten Verlauf des Nutzsignalpegels in Abhängigkeit
von einem Störgeräuschpegel darstellt, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Kennlinienadapters
der Schaltungsanordnung in Fig. 1.
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In der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist mit 10 der
Lautsprecher eines Autoradios und mit 11 ein im Niederfrequenzteil des Rundfunkempfängers
angeordneter Lautstärkeregler bezeichnet. Der Lautstärkeregler 11
ist
hier als Multiplizierer ausgebildet, dem einerseits das Niederfrequenzsignal Nf
des Rundfunkempfängers und andererseits die Stellgröße eines manuell zu bedienenden
Lautstärkestellers 12 zugeführt ist. Der Lautstärkeregler 11 kann mit dem Lautstärkesteller
12 zu einem integrierten Verstärker zusammengefaßt sein, wie er in der DE-OS 29
04 920 (Fig. 2) beschrieben ist.
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Die Schaltungsanordnung weist ferner ein Mikrofon 13 auf, das sowohl
das Lautsprechersignal als auch das Störgeräusch im Fahrgastraum des Autos erfaßt.
Das Mikrofon 13 ist entweder ebenso wie die Schaltungsanordnung im Radiogehäuse
oder in dessen Nähe angeordnet.
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Entsprechend dem aufgenommenen Störgeräusch und Lautsprechersignal
erzeugt das Mikrofon 13 eine Ausgangsspannung, die sich aus einer vom Störgeräusch
und von dem Lautsprechersignal herrührendenSpannungskomponente zusammensetzt. Der
Ausgang des Mikrofons 13 ist über einen Mikrofonverstärker 14 mit Gleichrichter,
in welchem vorzugsweise auch eine Quadrierung der Eingangsspannung vorgenommen wird,
mit einer Summierschaltung 15 verbunden. Der zweite, negierte Eingang der Summierschaltung
15 ist mit dem Ausgang eines steuerbaren Spannungsverstärkers 16 verbunden, der
eingangsseitig mit dem Eingang des Lautsprechers 10 bzw. dem Ausgang des Lautstärkereglers
11 verbunden ist. Im Spannungsverstärker 16 wird ebenfalls eine Gleichrichtung und
Quadrierung der Eingangsspannung, also der Nutzsignalspannung NUT UNutz,durchgeführt.
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In der Summierschaltung 15 werden die beiden Eingangsspannungen, also
die verstärkte Mikrofonausgangsspannung und die verstärkte Lautsprechereingangsspannung
gegensinnig
addiert. Aus der am Ausgang der Summierschaltung 15 anstehenden Differenzspannung
wird eine Stellgröße für den Lautstärkeregler 11 abgeleitet, die den Lautstärkeregler
11 entsprechend einstellt, im vorliegenden Fall eines Multiplizierers die Nutzspannung
im Niederfrequenzteil mit einem ents-recenden Faktor multipliziert.
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Die Schaltungsanordnung muß nunmehr derart abgestimmt oder abgeglichen
sein, daß die Differenzspannung am Ausgang der Summierschaltung 15 nur noch die
vom Störgeräusch herrührende Spannungskomponente enthält, die in der Mikrofonausgangsspannung
enthaltene, vom Nutzsignal herrührende Nutzspannungskomponente also durch die Gegenspannung
des Spannungsverstärkers 16 vollständig kompensiert ist. Zum selbsttätigen Abstimmen
oder Abgleich der Schaltungsanordnung ist ein Abgleichkreis 17 vorgesehen, der ausgangsseitig
an dem Steuereingang des Spannungsverstärkers 16 und eingangsseitig sowohl an dem
Ausgang der Summierschaltung 15 als auch an dem Ausgang des Spannungsverstärkers
16 angeschlossen ist.
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Ein solcher Abgleichkreis 17 ist in der Patentanmeldung P 33 20 751.8
(Fig. 3) beschrieben, so daß hier lediglich kurz dessen Funktion in Erinnerung gerufen
wird. Der aus zwei Differenzierglieder und einem Korrelator bestehende Abgleichkreis
17 erfaßt die Spannungsänderungen an den Ausgängen von Summierschaltung 15 und Spannungsverstärker
16. Ist die Gegenspannungsverstärkung des Spannungsverstärkers 16 zu niedrig eingestellt,
so wächst die Ähnlichkeit der Ausgangsspannungen der Differenzierglieder zunehmend
mit abnehmender Spannungsverstärkung.
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Im Extremfall (Ausgangspannung des Spannungsverstärkers 16 ist Null)
sind die Ausgangsspannungen der Differenzierglieder am ähnlichsten und die Korrelationsfunktion
weist ein Maximum auf. Entsprechend der Größe der Korrelations-
funktion
gibt der Korrelator ein Stellsignal an den Spannungsverstärker 16. Die Spannungsverstärkung
wird vergrößert. Ist hingegen die Spannungsverstärkung zu hoch eingestellt, so wächst
zwar auch die Ähnlichkeit der Ausgangsspannungen der Differenzierglieder mit zunehmender
Spannungsverstärkung, jedoch sind diese Ausgangsspannungen gegenphasig. Die Korrelationsfunktion
wird immer kleiner und strebt schließlich gegen ein Minimum, wenn die vom Störgeräusch
herrührende Spannungskomponente vernachlässigbar klein ist gegenüber der am Eingang
der Summierschaltung 15 liegenden Nutzspannungskomponente. In diesem Fall verringerte
sich die Ausgangsspannung des Korrelators und die Spannungsverstärkung des Spannungsverstärkers
16 wird reduziert. Bei abgeglichener Schaltungsanordnung korrelieren die Ausgangssignale
der beiden Differenzierglieder nicht miteinander. Die Korrelationsfunktion ist im
wesentlichen Null,und die Schaltungsanordnung ist abgeglichen. Der Abgleichkreis
17 kann aber auch wie in der vorgenannten Patentanmeldung zu Fig. 1 beschrieben
ausgebildet sein.
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Ein einstellbares Funktionsnetzwerk 18 ist eingangsseitig mit dem
Ausgang der Summierschaltung 15 und ausgangsseitig mit dem Lautstärkeregler 11,
im Falle des integrierten Verstärkers gemäß DE-OS 29 04 920 mit dessen Steuereingang,
verbunden. Das Funktionsnetzwerk weist eine Übertragungsfunktion auf, mit deren
Hilfe aus der Differenzspannung am Ausgang der Summierschaltung 15 eine Stellgröße
für den Lautstärkeregler 11 derart generiert wird, daß die Nutzspannung UNutz am
Ausgang des Lautstärkereglers 11 über eine Stellkennlinie, wie sie in Fig. 2 ausgezogen
dargestellt ist, mit der Ausgangsspannung der Summierschaltung, die ja nur noch
die
vom Störgeräusch herrührende Spannungskomponente Ustör enthält,
verknüpft ist. Einstellbare Funktionsnetzwerke mit beliebig realisierbaren Ubertragungsfunktionen
sind bekannt. Über Steuereingänge ist das Funktionsnetzwerk 18 in seiner Übertragungsfunktion
derart änderbar, daß mittels der generierten Stellgröße eine Modifizierung der Stellkennlinie
möglich ist, wie dies in Fig. 2 strichliniert dargestellt ist. Hierzu sind die Steuereingänge
mit jeweils einem von zwei Ausgängen 20,21 eines Kennlinienadapters 19 verbunden,
dessen Eingänge 22 und 23 mit dem Lautstärkesteller 12 und dessen Eingang 24 mit
dem Ausgang der Summierschaltung 15 verbunden ist.
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In dem Funktionsnetzwerk 18 ist werksseitig eine solche Übertragungsfunktion
realisiert, daß die am Ausgang des Funktionsnetzwerkes 18 in Abhängigkeit von der
am Eingang anliegenden Differenzspannung erhaltene Stellgröße der Schaltungsanordnung
eine solche Stellkennlinie verleiht, wie sie in Fig 2 ausgezogen dargestellt ist
und den Zusammenhang zwischen Nutzpegel und Störpegel im doppellogarithmischen Maßstab
charakterisiert.
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Die Stellkennlinie weist drei Kennlinienabschnitte a,b und c auf,
die jeweils durch Störpegelschwellen vorgegeben sind. In dem ersten Abschnitt a
weist der Nutzpegel einen vom Störgeräusch unabhängigen Betrag, den Grundlautstärkepegel
auf. Dieser Grundlautstärkepegel ist lediglich von der Einstellung des Lautstärkestellers
abhängig. In dem zweiten Abschnitt b ist der Nutzpegel proportional dem Störpegel,
wobei die Kennliniensteilheit den Störabstandsverlauf als Funktion des Störpegels
angibt. In dem dritten Abschnitt c ist der Nutzpegel auf einen max. Betrag, dem
Endlautstärkepegel, begrenzt.
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Diese drei Kennlinienabschnitte werden mit von Null an
zunehmendem
Störpegel nacheinander durchlaufen.
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Der Kennlinienadapter 19 weist einen Schwellwertdiskriminator 25 mit
zwei Ausgängen 26, 27 und einem Eingang auf, der mit dem Eingang 24 des Kennlinienadapters
19 verbunden ist. Der Schwellwertdiskriminator 25 ist derart aufgebaut, daß ein
Ausgangssignal ausschließlich an dem Ausgang 26 ansteht, wenn das Eingangssignal
zwischen einem ersten und zweiten Schwellwert liegt und ausschließlich an dem Ausgang
27 ansteht, wenn das Eingangssignal den zweiten Schwellwert übersteigt. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel besteht der Schwellwertdiskriminator 25 aus einem Fensterkomparator
28 und einen Komparator 29, die eingangsseitig an dem Eingang 24 angeschlossen sind.
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Die beiden Ausgänge 26 und 27 des Schwellwertdiskriminators 25 sind
über je ein als AND-Gatter ausgebildetes Torglied 30, 31 mit jeweils einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler
32 bzw. 33 verbunden. Die Ausgänge der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 32, 33 bilden die
Ausgänge 20, 21 des Kennlinienadapters 19.
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Der Lautstärkeregler 11 ist derart ausgebildet, daß mit jeder Verstellung
sowohl ein die Verstellrichtung (laut/ leise) charakterisierendes Steuersignal an
dem Eingang 22 als auch ein Zählimpuls an den Eingang 23 des Kennlinienadapters
19 gelangt. An dem Eingang 22 sind die Zählrichtungseingänge "up/down" und an dem
Eingang 23 sind die Steuereingänge der Torglieder 30, 31 bzw. die anderen Eingänge
der sie bildenden AND-Gatter angeschlossen.
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Liegt der momentane Störgeräuschpegel in dem Kennlinienabschnitt b,
so übersteigt die Differenzspannung am Ausgang der Summierschaltung 15 den unteren
Schwellwert des Schwellwertdiskriminators 25. Am Ausgang 26 steht ein Sig-
nal
an, der das AND-Gatter 30 setzt. Wird nunmehr der Lautstärkesteller 13 betätigt,
so gelangt ein Zählimpuls durch das gesetzte AND-Gatter 30 zu dem Takteingang des
Vorwärts-Rückwärts-Zählers 32. Je nach Verstellrichtung des Lautstärkestellers 12
(laut oder leise) wird der Zählinhalt des Zählers 32 vergrößert oder verringert.
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Der Zählinhalt des Zählers 32 bildet die Stellgröße B, die das Funktiönsfletzwerk
18 nunmehr so einstellt, daß sich die Stellkennlinie im Kennlinienabschnitt b in
Richtung des Pfeils B verschiebt. Dabei verschiebt sich die ursprüngliche Stellkennlinie
insgesamt zu kleineren Störpegelwerten, wenn der Lautstärkesteller 12 häufiger in
Richtung Lautstärkeerhöhung als in Richtung Lautstärkereduzierung verstellt wird
und umgekehrt zu größeren Pegelwerten, wenn der Lautstärkesteller 12 häufiger zur
Lautstärkereduzierung als zur Lautstärkeerhöhung verstellt wird.
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Liegt ein Störgeräuschpegel vor, bei welchem die Differenzspannung
am Ausgang der Summenschaltung 15 den oberen Schwellwert des Schwellwertdiskriminators
25 übersteigt, so ist das AND-Gatter 30 gesperrt und das AND-Gatter 31 gesetzt.
Wird in diesem Kennlinienabschnitt c nunmellr der Lautstärkesteller 12 betätigt,
so gelangt der von diesem ausgegebene Zählimpuls an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler
33, dessen Zählinhalt entsprechend der Verstellrichtung des Lautstärkestellers 12
erhöht oder erniedrigt wird. Der Zählinhalt des Zählers 33 steht als Steuergröße
C am Funktionsnetzwerk 18 an und bewirkt eine derartige Einstellung des Funktionsnetzwerks,
daß die Stellkennlinie im Kennlinienabschnitt c in Richtung des Pfeils C modifiziert
wird. Eine Verschiebung der Stellkennlinie zu größerem Nutzpegel erfolgt dann, wenn
der Lautstärkesteller häufiger in Richtung Lautstärkeerhöhung als in Richtung Lautstärkeredu-
zierung
verstellt wird. Umgekehrt erfolgt eine Verkleinerung des max. Spannungspegels wenn
der Lautstärkesteller 12 eine Verstellung häufiger zur Lautstärkereduzierung als
zur Lautstärkeerhöhung erfährt.
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Liegt der momentane Störgeräuschpegel im Kennlinienabschnitt a, so
wird der untere Schwellwert des Fensterdiskriminators 25 nicht erreicht. Eine Betätigung
des Lautstärkestellers 12 bewirkt dann lediglich eine Anhebung oder Absenkung der
Grundlautstärke in Richtung A.
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Nach wenigen Einstellkorrekturen am Lautstärkesteller 12 hat sich
dann eine Stellkennlinie eingestellt, die optimal an die räumlichen Gegebenheiten
des Fahrzeuginnenraums und an das Hörempfinden der Kraftfahrzeuginsassen angepaßt
ist. Bei Veränderung des Störgeräuschpegelswird dann der Nutzsignalpegel entsprechend
der sich letztendlich eingestellten modifizierten Stellkennlinie verändert, wobei
dann weitere Korrekturen am Lautstärkeeinsteller. 12 zu keinem Zeitpunkt mehr erforderlich
sind.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. So können die Stellgrößen B und C noch zusätzlich von der Lautstärkestellung
und/oder der Lautheit abhängig sein. Auch ist es möglich, die Steuergrößen B und
C von der Größe der jeweils vorgenommenen Verstellung des Lautstärkestellers abhängig
zu machen . Hierbei braucht lediglich der Lautstärkesteller eine dem Verstellweg
entsprechende Anzahl von Zählimpulse auszugeben, die dem Kennlinienadapter zugeführt
werden.
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Des weiteren ist es nicht erforderlich, daß die Schaltungsanordnung
einen Spannungsverstärker mit im Sinne
der Abstimmung der Schaltungsanordnung
geregelter Spannungsverstärkung aufweist. Der Spannungsverstärker kann in gleicher
Weise wie in der DE-OS 29 42 331 beschrieben ausgebildet sein, wobei dann eine Abstimmung
der Schaltungsanordnung nach Einbau im Kraftfahrzeug vor Ort durchgeführt werden
muß.