DE3426068A1

DE3426068A1 - Verfahren zum anpassen der lautstaerke eines lautsprechers an einen am lautsprecherort herrschenden stoergeraeuschpegel

Info

Publication number: DE3426068A1
Application number: DE19843426068
Authority: DE
Inventors: Horster Prof. Dr.-Ing. 2948 Schortens Germer
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1983-09-22
Filing date: 1984-07-14
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE3426068C2; US4628526A

Description

Blaupunkt-Werke GmbH 29.5.1984

3200 Hildesheim _RNr

Verfahren zum Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers, insbesondere in einem mobilen Rundfunkempfänger, wie Autoradio od.dgl., an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Mit einem solchen Verfahren wird die Lautstärke entsprechend dem Geräuschpegel in der Umgebung des Lautsprechers so eingestellt, daß der Wiedergabepegel des Lautsprechers, also der Nutzsignalpegel, immer einige Dezibel (dB) größer ist 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.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ward als Stellgröße unmittelbar die im Mikrofonausgangssignal enthaltene, vom Störgeräusch herrührende Störkomponente verwendet. Hierzu wird eine Gegenspannung er-

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zeugt, die gleich der im Mikrofonausgangssignal enthaltenen, vom Lautsprechersignal herrührenden Nutzkomponente ist, und die Gegenspannung von der Mikrofonausgangsspannung subtrahiert. Als Differenzspannung ergibt sich bei richtiger Bemessung der Gegenspannung die Störkomponente, die als Stellgröße auf den Regelsverstärker gegeben wird.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens wird hierzu die Lautsprechereingangs- oder Nutzspannung auf einen Spannungsverstärker gegeben, dessen Verstärkungsfaktor entsprechend bemessen wird, da die Größe der Nutzkomponente von verschiedenen Faktoren, wie z.B. der gegenseitigen Zuordnung von Mikrofon und Lautsprecher, von der Art des Lautsprecherorts, von der Anordnung mehrerer Lautsprecher u.dgl., abhängig ist. Zur Einstellung des Verstärkungsfaktors ist ein Abstimmglied vorgesehen, mit welchem die Spannungsverstärkung nach Anordnung des Mikrofons am Lautsprecherort solange verändert wird, bis der Einfluß des Lautsprechersignals auf die Lautstärkeeinstellung nicht mehr wahrgenommen wird.

Eine solche vor Ort durchzuführende Abstimmung der Schaltungsanordnung ist aufwendig und erfordert eigens dafür geschultes Fachpersonal, so daß der Einbau von z.B. mit einer solchen Schaltungsanordnung ausgerüsteten Autoradios nicht in jeder Werkstatt zufriedenstellend durchgeführt werden kann. Zum anderen muß für eine optimale Funktion der Schaltungsanordnung die Abstimmung an sich ändernde Bedingungen des Aufstellungsorts, z.B. des Kraftfahrzeuginnenraums, angepaßt werden. So ist bei vollbesetztem Kraftfahrzeug gegenüber einem leeren Kraftfahr zeugi-nnenraum unter Umständen

- Jo —

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eine Veränderung im Abgleich der Schaltungsanordnung erforderlich, damit diese optimal arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das unabhängig von Einflüssen des Lautsprecherorts ist und damit einerseits ein Abstimmen auf räumliche Gegebenheiten des Lautsprecherorts überflüssig macht und andererseits auch bei sich ändernden räumlichen Gegebenheiten des Lautsprecherorts störungsfrei funktioniert.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die im Mikrofonausgangssignal enthaltene elektrische Störgeräuschkomponente ebenfalls ein Maß für die Stellgröße des Regel-Verstärkers, da die Hüllkurven von Mikrofonausgangssignal und dem Lautsprecher zugeführtem Nutzsignal einander um so ähnlicher sind, je geringer der im akustischen Signal enthaltene Störgeräuschanteil ist. Durch die erfindungsgemäße Ableitung der Stellgröße für den Regelverstärker aus dem Ähnlichkeitssignal der Hüllkurven wird der Einfluß der von räumlichen Gegebenheiten des Lautsprecherorts, wie z.B Art und Besetzung des Fahrzeuginnenraums, Lautsprecher-Mikrofon-Abstand, Lautsprecherart, Fader- und Balanceeinstellung, abhängigen Kopplungsfaktoren zwischen Lautsprecher und Mikrofon einerseits und Störgeräusch und Mikrofon anderer-

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seits eliminiert. Laufzeitverzögerungen des aus Lautsprecherausgangssignal und Störgeräusch sich zusammensetzenden akustischen Signals gegenüber dem Nutzsignal spielen praktisch keine Rolle, so daß keine Verzögerungseinrichtung für das früher eintreffende Signal erforderlich ist. Ebenso wirken sich die Laufzeitunterschiede bei Verwendung mehrerer Lautsprecher praktisch nicht aus.

Darüber hinaus gibt der Ähnlichkeitsvergleich der Hüllkurven die Möglichkeit, das Verfahren digital mit Coinputereinsatz zu realisieren, was einerseits durch die für die Abtastung der Hüllkurven völlig ausreichende niedrige Abtastfrequenz und andererseits durch geringe Integrationszeiten für die Stellgrößengewinnung aufgrund der bereits größeren Ähnlichkeit der Hüllkurven - im Vergleich zu den Signalen selbst - bedingt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 2, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 3. Dadurch wird eine Integralregelung erzielt, die das Differenzsignal zu Null macht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 4, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 5. Diese Maßnahmen erlauben ein besonders feinfühliges Anpassen des Regelverhaltens an das subjektive Lautstärkeempfinden des menschlichen Ohrs, insbesondere bei der digitalen Realisierung des Verfahrens. Der Regelbereich wird nach oben und unten begrenzt, wodurch ein Über- oder Untersteuern in Extremsituationen sicher vermieden wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 6. Durch diese

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Maßnahmen kann die Ähnlichkeitsprüfung und die Gewinnung des Ähnlichkeitssignals einfach realisiert werden. Je größer der Störanteil im akustischen Signal ist, desto häufiger treten Steigungen mit verschiedenen Vorzeichen auf und desto kleiner wird das Ähnlichkeitssignal.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 7. Durch diese Maßnahmen werden auch akustische Rauschsignale ohne eigene Dynamik in die Störgeräuscherkennung und Lautstärkeanpassung einbezogen.

Vorteilhaft ist dabei die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 10, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 11. Hierdurch werden die Verhältnisse bei der Anpassung an Rauschpegel ohne eigene Dynamik derart optimiert, daß für den Hörer befriedigende Ergebnisse erzielt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 12. Durch diese Maßnahmen wird die Lautstärkeanpassung nicht der kurzzeitigen Dynamik der Nutz- und Störgeräuschsignale nachgeführt und eine Lautstärkeanpassung nur dann vorgenommen, wenn sich der Wert des Ähnlichkeitssignals außerhalb eines um den Sollwert herum vorgege- benen Toleranzbereiches befindet. Der Sollwert wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Lautstärke gewählt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 13. Durch diese Maßnahmen wird eine unerwünschte Erhöhung der Lautstärke nach Beendi-

dung von Signalpausen im Nutzspannungssignal unterbunden, die dadurch bedingt ist, daß das Ähnlichkeitssignal in Signalpausen bei anwesendem Störgeräusch sehr klein wird und damit zu einer großen Stellgröße führt.

Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 14 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Ansprüchen 15 - 19.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen einer Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers an einen im Kraftfahrzeuginnenraum herrsehenden Störgeräuschpegel im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ähnlichkeits-Vergleichsschaltung der Schaltungsanord

nung in Fig. 1,

Fig. 3 jeweils ein Blockschaltbild eines Stell- und 4 größengenerators der Schaltungsanordnung in Fig. 1 gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,

Fxg. 5 jeweils ein Blockschaltbild einer Wichtungsund 6 vorrichtung der Schaltungsanordnung in

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Fig. 1 gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.

Bei dem mittels der Schaltungsanordnung in Fig. 1 realisierbaren Verfahren zum Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers 10 eines Autoradios an einen am Lautsprecherort, d.h. im Kraftfahrzeuginnenraum, herrschenden Störgeräuschpegel wird ein Mikrofon 11 verwendet, das das vom Lautsprecher abgestrahlte akustische Lautsprecherausgangssignal, mitunter auch Nutzsignal genannt, und daß im Kraftfahrzeuginnenraum herrschende Störgeräusch gleichzeitig erfaßt. Aus dem elektrischen Mikrofonausgangssignal wird eine Stellgröße ζ für einen üblicherweise im Autoradio enthaltenen Regelverstärker 12 generiert und entsprechend das dem Lautsprecher zugeführte elektrische Nutzsignal U . in Abhängigkeit von dem Störgeräusch verstärkt.

Zur Gewinnung der Stellgröße ζ für den Regelverstärker 12 werden die Hüllkurven von elektrischem Nutzsignal U und elektrischem Mikrofonausgangssignal fortlaufend auf Ähnlichkeit geprüft und ein dem Ähnlichkeitsgrad proportionales Ähnlichkeitssignal "x erzeugt. Das Ähnlichkeitssignal ist um so größer, je ähnlicher sich die beiden Hüllkurven sind. Die Hüllkurven sind sich wiederum desto ähnlicher, je geringer der Störgeräuschpegel ist. Das Ähnlichkeitssignal χ wird nach einer ersten Methode, wie sie schaltungsmäßig in Fig. 3 dargestellt ist, mit einem vorgegebenen Sollwert U ,, verglichen, der vorzugsweise in Abhängigkeit von der vorgewählten Lautstärke vorgegeben wird. Die Lautstärke wird wiederum mittels eines als Sollwertgeber 28 ausgebildeten manuellen Lautstärkestellers

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von de.n Bedienenden auf den gewünschten Wert eingestellt. Die Differenz zwischen Ähnlichkeitssignal und Sollwert wird integriert und bildet die dem Regelverstärker 12 über seinen Steuereingang 14 zugeführte Stellgröße z. Entsprechend dieser Stellgröße ζ wird die manuell voreingestellte Lautstärke verändert. Nach einer zweiten Methode, wie sie mit der in Fig. 4 dargestellten Schaltung durchgeführt werden kann, wird der Variationsbereich des Ähnlichkeitssignalslc durch Schwellwertstufen unterteilt und bei Durchlaufen der Schwellwertstufen durch das Ähnlichkeitssignal χ die jeweilige Lautstärke, deren Anfangswert durch die Sollspannung U ,, vorgegeben ist, um je einen Schnitt erhöht oder reduziert, je nach Durchlaufrichtung des Ähnlichkeitssignal χ durch die Schwellwertstufen. Den Schwellwertstufen kann jeweils eine obere und eine untere Schaltschwelle zugeordnet sein, wobei die Regelung so erfolgt, daß die Stellgröße ζ jeweils beim Unterschreiten der unteren Schaltschwelle erhöht und beim Überschreiten der oberen Schaltschwelle reduziert wird. Die Sollspannung U₁₁ wird wiederum von dem als Sollwertgeber 28 ausgebildeten Lautstärkesteller 13 vorgegeben.

Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich sowohl digital und unter Verwendung eines Mikroprozessors als auch analog realisieren. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-6 ist zur Durchführung des Verfahrens eine analoge Schaltungsanordnung gewählt.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist - ebenso wie bei einer digitalen Variante - das an dem Eingang des Regeiverstärkers 12 gelegte elektrische Nutzsignal

/IC

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einem ersten Hüllkurvendetektor 15 und das elektrische Mikrofonausgangssignal einem zweiten Hüllkurvendetektor 16 einer Regelvorrichtung 36 zugeführt. Die beiden Hüllkurvendetektoren 15, 16 sind mit einer Vergleichsschaltung 17 verbunden, die die beiden Hüllkurven von Nutzsignal und Mikrofonausgangssignal auf Ähnlichkeit vergleicht und an ihrem Ausgang ein Ähnlichkeitssignal erzeugt. Der Vergleichsschaltung 17 ist ein Stellgrößengenerator 18 bzw. 18' nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Steuereingang 14 des Regelverstärkers 12 verbunden ist.

Eine Ausführungsform der Vergleichsschaltung 17 ist in Fig. 2 im Blockschaltbild dargestellt. Jedem Hüllkurvendetektor 15, 16 ist über die Eingänge a und b der Vergleichsschaltung 17 die Reihenschaltung aus einem Differenzierer 19 bzw. 20 und einem Nullspannungskomparator 21 bzw. 22 nachgeschaltet. Die Ausgänge der beiden Nullspannungskomparatoren 21, 22 sind mit einem Koinzidenzglied 23, hier einem Äquivalenz-Gatter, verbunden, an dessen Ausgang der Steuereingang eines Umschalters 24 angeschlossen ist. Je nach Ausgangssignal des Koinzidenzgliedes 23 legt der Umschalter 24 einen als Tiefpaß 25 ausgebildeten Mittelwertbildner an einen positiven bzw. negativen Spannungswert U , so daß am Ausgang des Umschalters jeweils ein oberer und ein unterer Ausgabewert abnehmbar ist.

Die Differenzierer 19, 20 erfassen die Änderungen in

den Hüllkurvensignalen. Ist die Änderung, also die Steigung der Hüllkurve,positiv, so steht am Ausgang

des zugeordneten Nullspannungskomparators 21 bzw. 22

ein logisch "1"-Signal an, ist die Steigung negativ,

ein logisch "O"-Signal. Bei"Koinzidenz der Vorzeichen

der Steigungen der beiden Hüllkurven erscheint am Ausgang

des Koinzidenzgliedes 23 ein logisch "1"-Signal und der Umschalter 24 nimmt die in Fig. 2 dargestellte Stellung ein. Im anderen Fall, also bei verschiedenen Vorzeichen der Steigungen, tritt am Ausgang des Koinzidenzgliedes 23 ein logisch "G"~Signal auf und der Umschalter 24 verbindet den Tiefpaß 25 mit dem Spannungswert -U . Am Ausgang des Tiefpasses 25 ist der

Ji

zeitliche Mittelwert der entsprechend den Vorzeichen der Steigungen der Hüllkurve angelegten Spannungsbeträge +U und -U als Ähnlichkeitssignal χ abnehmbar. Dieses Ähnlichkeitssignal nähert sich dem Wert +U , wenn die Hüllkurven gleich sind,und geht gegen Null, wenn die Hüllkurven sich extrem unähnlich sind.

Bei einer digitalen Schaltungsanordnung wäre es zweckmäßig, die an den Eingängen a und b der Vergleichsschaltung auftretenden Hüllkurvensignale digital abzutasten und die einzelnen Abtastwerte digital miteinander zu vergleichen.

Das Ähnlichkeitssignal "x wird dem Stellgrößengenerator bzw. 18' zugeführt, der aus dem Ähnlichkeitssignal~x eine Stellgröße ζ generiert und hierzu mit dem als Sollwertgeber 28 ausgebildeten Lautstärkesteller 13 verbunden ist.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist der Stellgrößengenerator 18 einen Subtrahierer 26 und einen diesem nachgeschalteten Integrierer 27 auf. An dem einen Eingang des Subtrahierers 26 liegt das Ähnlichkeitssignal x" und an dem anderen Eingang eine vom Sollwertgeber 28 vorgegebene Stellspannung U₅₀₁₁- Die Differenzspannung am Ausgang des Subtrahierers 26 wird im Integrierer 27 integriert und. als Stellgröße ζ unmittelbar

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dem Steuereingang 14 des Regelverstärkers 12 zugeführt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist der Stellgrößengenerator 18' eine Vielzahl von Schwell-. wertschaltern 40 und eine gleiche Anzahl von schaltbaren Dämpfungsgliedern 41 auf. Im gewählten Ausführungsbeispiel sind die Dämpfungsglieder in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der Dämpfungsglieder 41 ist zwischen dem mit dem Sollwertgeber 28 verbundenen Eingang und dem Ausgang des Stellgrößengenerators 18' angeschlossen. Jedes Dämpfungsglied ist mittels eines zugeordneten Schwellwertschalters 40 zu- und abschaltbar, was durch den Dämpfungsgliedern 41 parallel geschalteten Ein-/Ausschaltern 42 symbolisch dargestellt ist. Jeder Schwellwertschalter 40 weist zur Erzeugung einer Schalthysterese eine obere Schaltschwelle und eine untere Schaltschwelle auf. Bei Überschreiten der oberen Schaltschwelle wird der jeweils zugeordnete Schalter 42 geöffnet, damit das zugeordnete Dämpfungsglied 41 zugeschalt und die Stellgröße ζ um einen Schritt reduziert. Bei Unterschreiten der unteren Schaltschwelle wird der zugeordnete Schalter 42 geschlossen, damit das zugeordnete Dämpfungsglied 41 überbrückt, also abgeschaltet, und die Stellgröße ζ um einen Schritt erhöht. Die Schaltschwellen der Schwellwertschalter 40 sind gegeneinander so abgestuft, daß sich ein dem subjektiven Lautstärkeempfinden des menschlichen Ohrs optimal angepaßtes Regelverhalten ergibt. Nimmt das Ähnlichkeitssignal χ seinen größten Wert U an, (was bedeutet, daß Mikrofonausgangsignal und Nutzsignal identisch sind, also kein Störgeräusch vorhanden ist) so sind alle

^ ^ι· ■ ^: "-" ^: 3426066

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Schalter 42 geöffnet. Die dem Regelverstärker 12 zugeführte Stellgröße ζ ist minimal und ausschließlich von der Einstellung des Lautstärkestellers 13 abhängig. Sobald ein Störgeräusch auftritt, die Hüllkurvensignale sich weniger ähnlich sind, nimmt der Wert des Ähnlichkeitssignals "x* ab. Sobald die untere Schaltschwelle des ersten Schwellwertschalters 40 unterschritten wird, wird der zugeordnete Schalter 42 geschlossen und damit die Stellgröße ζ um einen Schritt erhöht. Bei Unterschreiten der nächsten unteren Schaltschwelle spricht der nächste Schwellwertschalter 40 an und die Stellspannung U ,, wird um einen weiteren z.B. gleichen Betrag erhöht und so fort. Sind die Hüllkurvensignale extrem unähnlich, so weist das Ähnlichkeitssignal χ ungefähr den Wert Null auf und alle Schalter 42 sind geschlossen. Die dem Regelverstärker 12 zugeführte Stellgröße ζ ist maximal. Die Schwellwertschalter 40 können z.B. als Schmitt-Trigger ausgebildet sein.

Der vorstehend beschriebene Regelmechanismus nutzt die Dynamik der Signale aus. Da aber auch in der Praxis Rauschsignale ohne wesentliche Dynamik vorkommen und störend wirken, werden zur Erfassung solcher Rauschsignale die am Ausgang des Umschalters 24 anstehenden Ausgabewerte +U und -U gewichtet. Hierzu werden von den an den Eingängen a und b der Vergleichsschaltung anstehenden Hüllkurvensignale von Nutzsignal einerseits und Mikrofonausgangssignal andererseits jeweils der Mittelwert und der Dynamikbereich bestimmt. Aus diesen Mittelwerten und Dynamikbereichen wird ein Dynamikoder Wichtungsfaktor gewonnen, der zur Wichtung dieser Ausgabewerte dient. Gemäß einer ersten Verfahrensvariante wird dabei der Dynamikfaktor als Quotient der bei-

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den Hüllkurvenverhältnisse der Hüllkurvensignale berechnet. Unter Hüllkurvenverhältnisse wird hierbei der Quotient des Mittelwertes zu dem Dynamikbereich eines Hüllkurvensignals verstanden.

Nach einer zweiten Verfahrensvariante, das wesentlich bessere Ergebnisse liefert, wird der Dynamikfaktor als Differenz aus dem Mittelwert des aus dem Mikrofonausgangssignal abgeleiteten Hüllkurvensignals und dem mit dem Mittelwert des Nutzsignal -Hüllkurvensignals multiplizierten Verhältnis der Dynamikbereiche der aus dem Mikrofonausgangssignal und aus dem Nutzsignal abgeleiteten Hüllkurvensignale gebildet. Die Wichtung erfolgt dann derart, daß der größere Ausgabewert um den Dynamikfaktor verkleinert und der kleinere Ausgabewert um den Dynamikfaktor vergrößert wird.

Zur Wichtung der Ausgabewerte +U , und -U weist die Vergleichsschaltung 17 eine Wichtungsvorrichtung 29 oder 29' auf, die im einzelnen in Fig. 5 bzw. 6 dargestellt ist.Bei beiden Wichtungsvorrichtungen 29 und 29' sind die an die Hüllkurvendetektoren 15, 16 angeschlossenen Eingänge a und b der Vergleichsschaltung 17 jeweils mit einem als Tiefpaß 30 bzw. 31 ausgebildeten Mittelwertbildner und einem Dynamikdetektor 32 bzw. 33 verbunden. Die Dynamikdetektoren 32, 33 sind Umformer zur Umwandlung des Spitze-Spitze-Wertes der Hüllkurvensignale in eine Gleichspannung. Ein solcher Umformer kann aus zwei Spitzenwertdetektoren und einem Subtrahierer bestehen, wobei jeweils ein Spitzenwertdetektor den oberen bzw. unteren Spitzenwert des Hüllkurvensignals erfaßt. Die Ausgänge der insgesamt zwei Tiefpässe 30, und der beiden Dynamikdetektoren 32, 33 sind mit einem

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ZA

Rechenwerk 34 bzw. 34' verbunden. Am Ausgang des Rechenwerkes 34 bzw. 34' ist ein Gleichspannungswert U₁- bzw. UJ abnehmbar, der unmittelbar als gewichteter Spannungswert +U an dem Eingang des Umschalters 24 und über einen Negierer 35 bzw. 35 ' als gewichteter Spannungswert -U am anderen Eingang des Umschalters 24 anliegt.

Das Rechenwerk 34 in Fig. 5 bildet aus den Ausgangsspannungen U bis U. der Mittelwertbildner 30, 31 und der Dynamikdetektoren 32, 33 und einer Referenzgleichspannung - U _f/ die Gleichspannung U₅ ^gemäß u.u

Der Dynamikfaktor a gemäß
U, » U,

a =

ist 1, wenn kein Störgeräusch vorhanden ist und sonst immer kleiner als 1. Durch die Wichtungsvorrichtung wird somit erreicht, daß der größere Spannungswert +U um einen durch den Dynamikfaktor a bestimmten Betrag verkleinert und der kleinere Spannungswert -U um den gleichen Betrag vergrößert ist/ wenn das dem Mikrofonausgangssignal zugeordnete Hüllkurvenverhältnis U^/U. größer ist als das dem Nutzsignal zugehörige Hüllkurvenverhältnis U /U₂- Unter Hüllkurvenverhältnis wxrd - wie vorstehend bereits erwähnt - das Verhältnis des Mittelwertes U., bzw. U₃ zu dem Spitze-Spitze-Wert U- bzw. U der Hüllkurvensignale an den Eingängen a bzw. b der Vergleichsschaltung 17 bezeichnet.

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Das Rechenwerk 34' in der Wichtungsvorrichtung 29' in Fig. 6 bildet aus den Eingangsspannungen U₁ bis U. der Tiefpässe 30, 31 und der Dynamikdetektoren 32, 33 und der Referenzgleichspannung U _f, die dem Maximalwert des Mikrofonsignals entspricht, die Spannung U' gemäß

^U'5 =^Uref -[^U3 -^U1'7

Hierzu weist das Rechenwerk 34' einen Dividierer 43, einen Multiplizierer 44 und einen Addierer 45 auf, die in der in Fig. 6 dargestellten Weise miteinander und mit den Ausgängen der Tiefpässe 30, 31 und der Dynamikdetektoren 32, 33 verbunden sind. Zwischen dem Eingang des Addierers 45 und dem Ausgang des Tiepasses 31 ist noch ein Inverter 46 eingeschaltet. Die Spannung U',. ist wiederum als gewichteter Spannungswert +U bzw. -U dem Umschalter 24 zugeführt. Der Dynamikfaktor b gemäß

b = U - U -i
U₂

ist immer Null, wenn kein Störgeräusch vorhanden ist und geht mit zunehmendem Rauschanteil gegen U . Da die Wichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel immer so erfolgt, daß der ungewichtete größere Spannungswert um den Dynamikfaktor b reduziert und der kleinere ungewichtete Spannungswert um den Dynamikfaktor b vergrößert wird, ergibt sich für das Ähnlich-

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keitssignal x

χ = (2W-1) *(U_ref-b ).

wobei W die Wahrscheinlichkeit für gleiche Vorzeichen der Steigungen der Hüllkurvensignale (W=I bei identisehen Signalen und W=O₇5 bei unkorrelierten Hüllkurvensignalen) ist. Ist also entweder der Rauschanteil sehr groß (b-*U _f ) oder keine Ähnlichkeit der Hüllkurvensignale vorhanden (W= 0,5), ergibt sich der kleinstmögliche Ähnlichkeitswert x=0, der eine max. Stellgröße ζ erfordert. Umgekehrt ergibt sich bei fehlendem Rauschanteil (b—+-O) und max. Hüllkurven-Übereinstimmung (W=I) der max. Ähnlichkeitswert Ic=U _f, der eine minimale Stellgröße ζ erfordert.

Wie nicht weiter dargestellt, aber per Software oder Hardware ohne weiteres realisierbar, wird der Ähnlichkeitsvergleich der Hüllkurven von elektrischem Nutzsignal U und elektrischem Mikrofonausgangssignal nur außerhalb von Signalpausen im Nutzsignal durchgeführt. Hierzu werden im Nutzsignal die Signalpausen detektiert und während dieser Signalpausen der Ähnlichkeitsvergleich unterbunden. Dadurch wird verhindert, daß in Signalpausen das Ähnlichkeitssignal bei anwesendem Störgeräusch sehr klein wird und damit unzulässigerweise zu einer großen Stellgröße führt. Außerdem kann zur Unterbindung des Einflusses der kurzzeitigen Dynamik der Nutz- und Störgeräuschsi'gnale eine Lautstärkeanpassung und damit eine Veränderung der Stellgröße ζ nur dann vorgenommen werden, wenn sich der Wert der Stellgröße ζ außerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters befindet. Bei dem Stellgrößengenerator 18 gemäß Fig. 3 ist dieses Toleranzfenster um den Sollwert U-., gelegt.

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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der analogen Schaltungsanordnung beschränkt. So kann das erfindungsgemäße Verfahren digital realisiert werden. In diesem Fall sind die Spannungswerte +U und -U digitale Werte mit vorgegebener Größe bzw. Null, deren in einer ALU berechneter Mittelwert das digitale Ähnlichkeitssignal χ" bildet. Das Verfahren funktioniert in gleicher Weise und auch die Wirkungsweise der digitalen Vorrichtung ist wie vorstehend beschrieben, unter Berücksichtigung der durch die Digitaltechnik geforderten Besonderheiten.

Anstelle des Koinzidenzgliedes 23 in Fig. 2 kann auch ein Exclusiv-Oder-Gatter zusammen mit dem Umschalter eine Koinzidenzschaltung bilden. In diesem Fall sind bei gleicher Stellung des Umschalters 24 die Ausgangssignale des Exclusiv-Oder-Gatters gegenüber denen des Koinzidenzgliedes 23 vertauscht.

Claims

Blaupur.kt-Werke GmbH 29.5.1984 Hildesheim R.Nr. 1820 Patentansprüche

1. Verfahren zum Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers, insbesondere in einem mobilen Rundfunkempfänger, wie Autoradio od.dgl., an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel unter Verwendung eines steuerbaren Regelverstärkers zum Verstärken eines Nutzsignals für den Lautsprecher und eines Mikrofons zum Erfassen eines aus Lautsprecherausgangssignal und Störgerausch zusammengesetzten akustischen Signals, bei welchem mittels des elektrischen Mikrofonausgangssignals eine Stellgröße für den Regelverstärker generiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven von Nutzsignal und Mikrofonausgangssignal fortlaufend auf Ähnlichkeit geprüft werden, daß ein dem Ähnlichkeitsgrad proportionales Ähnlichkeitssignal erzeugt wird und daß die Stellgröße aus dem Ähnlichkeitssignal abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Stellgröße aus dem Ähnlichkeitssignal dieses mit einem vorzugsweise in Abhängigkeit von der vorgewählten Lautstärke vorgegebenen Sollwert verglichen und daß aus der Differenz zwischen Ähnlich-

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keitssignal und Sollwert die Stellgröße bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße durch Integration der Differenzwerte gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Stellgröße aus dem Ähnlichkeitssignal mindestens ein Teil des Variationsbereichs des Ähnlichkeitssignals durch Schwellwertstufen unterteilt wird und daß bei Durchlaufen der Schwellwertstufen durch das Ähnlichkeitssignal eine vorgewählte Lautstärke je nach Durchlaufrichtung um je einen Schritt erhöht oder reduziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e kennze i chnet, daß den Schwellwertstufen jeweils eine obere und eine untere Schaltschwelle zugeordnet werden, und daß die Stellgröße bei Unterschreiten der unteren Schaltschwel-Ie erhöht und bei Überschreiten der oberen Schaltschwelle reduziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ähnlichkeitsprüfung die Vorzeichen der Steigungen der Hüllkurven fortlaufend bestimmt werden, daß die Vorzeichen verglichen werden und bei Gleichheit ein vorgegebener erster Wert und bei Ungleichheit ein davon abweichender vorgegebener zwei-

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ter Wert ausgegeben wird und daß das Ähnlichkeitssignal als Mittelwert der Ausgabewerte bestimmt wird und daß vorzugsweise der erste Ausgabewert größer ist als der zweite Ausgabewert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e kennzei chnet, daß aus dem Nutzsignal und aus dem Mikrofonausgangssignal jeweils ein Hüllkurvensignal abgeleitet wird, daß der Mittelwert und der Dynamikbereich von jedem Hüllkurvensignal bestimmt werden und daraus ein Dynamikfaktor gewonnen wird und daß die Ausgabewerte mit dem Dynamikfaktor gewichtet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dynamikfaktor als Quotient der Hüllkurvenverhältnisse der Hüllkurvensignale berechnet wird, wobei das Hüllkurvenverhältnis durch den Quotienten des Mittelwertes zu dem Dynamikbereich eines Hüllkurvensignals gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e kennzei chnet, daß die Wichtung derart erfolgt, daß der größere Ausgabewert um einen durch den Dynamikfaktor bestimmten Betrag verkleinert und der kleinere der Ausgabewerte um den gleichen Betrag vergrößert wird, wenn das dem Mikrofonausgangssignal zugeordnete Hüllkurvenverhältnis größer ist als das dem Nutzsignal zugeordnete Hüllkurvenverhältnis.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e kennzeichnet-, daß der Dynamikfaktor als

-A-

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Differenz aus dem Mittelwert des aus dem Mikrofonausgangssignal abgeleiteten Hüllkurvensignals und ' dem mit dem Mittelwert des Nutzsignal -Hüllkurvensignals multiplizierten Verhältnisses der Dynamikbereiche der aus dem Mikrofonausgangssignal und aus dem Nutzsignal abgeleiteten Hüllkurvensignale gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wichtung derart erfolgt, daß der größere Ausgabewert um den

Dynamikfaktor verkleinert und der kleinere Ausgabewert um den Dynamikfaktor vergrößert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, d a durch gekennzeichnet, daß für das Ähnlichkeitssignal eine untere und eine obere Schwelle festgelegt wird und daß die Stellgröße nur dann verändert wird, wenn diese außerhalb des von den Schwellen eingeschlossenen Bereichs liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß Signalpausen im Nutzsignal detektiert werden und daß während der Signalpausen ein Ahnlichkeitsvergleich der Hüllkurven unterbunden wird.

14. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-13, mit einem dem Lautsprecher vorgeschalteten Regelverstärker mit darauf einwirkendem manuellen Lautstärkesteller, mit einem Mikrofon zum Aufnehmen eines aus Lautsprecherausgangssignal und Störgeräusch- zusammengesetzten akustischen

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Signals und mit einer Regelvorrichtung zum Erzeugen einer störgeräuschproportionalen Stellgröße für den Regelverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß.

die Regelvorrichtung (36) zwei Hüllkurvendetektoren (15,16) aufweist, von denen der eine mit seinem Eingang an dem Eingang des Regelverstärkers (12) und der andere mit seinem Eingang an dem Mikrofonausgang angeschlossen ist, daß mit den Ausgängen der Hüllkurvendetektoren (15,16) die beiden Eingänge (a,b) einer Vergleichsschaltung (17) verbunden sind, die ein für die Ähnlichkeit der Hüllkurven von Nutzsignal und Mikrofonausgangssignal charakteristisches Ähnlichkeitssignal (x) erzeugt, und daß der Vergleichsschaltung

(17) ein Stellcxößengenerator (18;18') nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Steuereingang (14) des Regelverstärkers (12) verbunden ist.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellgrößengenerator (18) einen Subtrahierer (26) und einen diesem nachgeschalteten Integrierer (27) aufweist und daß der eine Eingang des Subtrahierers (26) mit dem Ähnlichkeitssignal (x) und der andere Eingang des Subtrahierers (26) mit einem vorzugsweise von der Einstellung des Lautstarkestellers (13) abhängigen Sollwert (U ,.) belegt ist.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellgrößengenerator (18') eine Vielzahl von Schwellwertschaltern (40) und eine gleiche Anzahl von mitteis der Schwellwertschalter (40)' schaltbaren

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Dämpfungsgliedern (41) aufweist, die zwischen einem mit dem Lautstärkesteller (13) verbundenen Eingang und dem Ausgang des Stellgrößengenerators (18') angeordnet sind, und daß die Schwellwertschalter (40) an dem mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (17) verbundenen Eingang des Stellgrößengenerators (18') angeschlossen sind.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschalter (40) eine Schalthysterese mit jeweils einer unteren und einer oberen Schaltschwelle aufweisen und mit den Dämpfungsgliedern (41) derart gekoppelt sind, daß bei Unterschreiten der unteren Schaltschwelle das zugeordnete Dämpfungsglied (41) abgeschaltet und bei Überschreiten der oberen Schaltschwelle das zugeordnete Dämpfungsglied hinzugeschaltet wird.

18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14-17 dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (17) zwei jeweils das Vorzeichen der Hüllkurvensteigungen erfassende Detektoren (19, 21 bzw. 20, 22), eine mit den Detektoren (19, 21 bzw. 20, 22) verbundene Koinzidenzschaltung (23,24), die bei Vorzeichen-Übereinstim-5 mung einen vorgegenene ersten Wert (+U ) und bei Nichtübereinstimmung der Vorzeichen einen vorgegebenen zweiten Wert (-U ) ausgibt, und einen der Koinzidenzschaltung (23,24) nachgeschalteten Mittelwertbildner (25) aufweist, dessen das Ähnlichkeitssignal (x) führender Ausgang den Ausgang der Vergleichsschaltung (17) bildet.

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19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (17) eine Wichtungsvorrichtung (29,-29') aufweist, die einen ersten Mittelwertbildner (30) und einen ersten Dynamikdetektor (32), die jeweils an dem Ausgang des Nutzsignal-Hüllkurvendetektors (15) angeschlossen sind, einen zweiten Mittelwertbildner (31) und einen zweiten Dynamikdetektor (33), die an dem Ausgang des Mikrofonausgangssignal-Hüllkurvendetektor (16) angeschlossen sind und ein Rechenwerk (34;34'), das aus den Ausgangsignalen (U₁ bis U₄) der Mittelwertbildner (30,31) und

der Dynamikdetektoren (32,33) und mindestens einem Referenzwert (U _).
berechnet, aufweist.

Referenzwert (U _). die Ausgabewerte (+U ,-U )