DE3627002A1

DE3627002A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur akustischen kompensation des umgebungsgeraeusches bei kopfhoererempfang

Info

Publication number: DE3627002A1
Application number: DE19863627002
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Schwarz; Bernd Dipl Ing Refflinghaus; Roland Dr Ing Czarnach
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur akustischen Kompen sation des Umgebungsgeräusches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In stark geräuschbelasteter Umgebung, z. B. in einem Nutz fahrzeug, kann es selbst bei Kopfhörerempfang zu erheb lichen Verständlichkeitseinbußen kommen.

Als einfache Abhilfemöglichkeit bietet sich zunächst eine Erhöhung der Lautstärke an, wodurch die physiologische Belastung des Gehörs jedoch in unerwünschter Weise zunimmt.

Aus der DE-PS 26 33 394 ist eine Schaltungsanordnung zum Kompensieren der akustischen Rückkopplung bei einer Frei sprechstation bekannt. Zur Nachstellung der Lautstärke des Lautsprechers wird in den Hörweg ein Zusatzsignal einer Zusatzsignalquelle eingespeist und der vom Mikrofon empfangene, zurückgekoppelte Teil des Zusatzsignals wird zur Nachstellung des Kompensationswerts einer Gegen kopplungsübertragungseinrichtung verwendet. Hierzu ist in der Freisprechstation eine Vergleichseinrichtung ange ordnet, welche das Zusatzsignal mit dem empfangenen Teil des Zusatzsignals vergleicht. Das Zusatzsignal wird bei einer ersten Ausführungsform von einer Ultraschallquelle und bei einer zweiten Ausführungsform von einem Code generator erzeugt. Während bei der ersten Ausführungsform das Zusatzsignal unhörbar ist, ist bei der zweiten Aus führungsform eine Absenkung des Pegels des rauschähn lichen Codes so weit erforderlich, daß das zusätzliche Signal nicht oder kaum störend empfangen wird.

Sind einem Nutzsignal (z. B. der Sprache) Störungen (z. B. Rauschen, Geräusch) mit geringem Pegel überlagert, so werden diese infolge der sogenannten "Geräuschverdeckung" nicht wahrgenommen. Diese Störungen werden jedoch bei konstanter Störleistung sofort hörbar, wenn das Nutz signal verschwindet oder sehr leise wird. Zur Nachstel lung des Pegels des Codegenerators, wird beim Gegenstand der DE-PS 26 33 394 aus dem Nutzsignal der mittlere Pegel oder die mittlere Leistung gebildet und in Abhängigkeit davon der Pegel des Codegenerators eingestellt. Weiterhin ist auch die Möglichkeit angedeutet, daß aus dem empfangenen Teil des Zusatzsignals ein Steuersignal zur Nachstellung des Pegels des Codegenerators abgeleitet wird.

Der DE-PS 26 33 394 ist jedoch keine Anregung zu ent nehmen, eine akustische Kompensation des Umgebungsge räusches vorzunehmen, so daß es selbst bei Kopfhörer empfang zu erheblichen Verständlichkeits-Einbußen in stark belasteter akustischer Umgebung kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur akustischen Kompensation des Umgebungsgeräusches bei Kopfhörerempfang derart anzugeben, daß in einfacher Weise eine Anpassung an das jeweilige Umgebungsgeräusch vorge nommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß auf einfache Art und Weise eine akustische Kompensation des Umgebungsgeräusches vorgenommen werden kann. Die Position des Referenzmikrofons kann auf Grund meßtech nischer Untersuchungen ermittelt werden, so daß das Kompensationsfilter derartig einstellbar ist, daß die akustische Übertragungsfunktion zwischen Referenzmikrofon und Ohr nachgebildet wird.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens erfordert einen geringen Schaltungsaufwand.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert.

Das akustische Umgebungsgeräusch n′(t) wird mittels eines Referenzmikrofons (RM) aufgenommen und einem Kompensations filter KF zugeführt. Das Filterausgangssignal wird vom Nutzsignal s(t) subtrahiert. Auch bei völliger Abdeckung des Ohrs durch einen Kopfhörer K wird das akustische Um gebungsgeräusch n(t) wahrgenommen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß für eine völlige Dämpfung des Umge bungslärms entsprechend viel Material und ein dichter Sitz des Kopfhörers am Kopf erforderlich ist, so daß infolge des hohen Gewichts das Tragen solcher Kopfhörer als lästig empfunden wird.

Im Ohr findet also eine Überlagerung zweier Geräusche statt, für welche folgende Gleichung gilt:

n(t) = n′(t) * h _n (t) + n₀(t) (1)

Wobei n(t) das Umgebungsgeräusch im Ohr, n′(t) das Um gebungsgeräusch am Referenzmikrofon (RM), h _n (t) die lineare Korrelation zwischen n′(t) und n(t) repräsentiert und n₀(t) den nicht mit n′(t) korrelierten Signalanteil bezeichnet.

Für die Übertragungsfunktion H _n gilt folgende Gleichung:

wobei mit S _n′, _n das Kreuzleistungsdichte-Spektrum des Umgebungsgeräusches n′(t) am Referenzmikrofon RM und des Umgebungsgeräusches n(t) im Ohr und mit S _n′, _n′ das Autoleistungsdichte-Spektrum des Umgebungsgeräusches n′(t) am Referenzmikrofon RM bezeichnet ist. Für das Autoleistungsdichte-Spektrum des mit dem Umgebungsge räusch n′(t) am Referenzmikrofon RM nicht korrelierten Anteils n₀(t) läßt sich folgende Gleichung angeben:

Für die Geräuschkompensation im Ohr gilt die Forderung:

wobei H _x die Übertragungsfunktion des Kompensationsfilters KF, H₁ die Übertragungsfunktion des Referenzmikrofons RM, H₂ die Übertragungsfunktion des Lautsprechers L, H₃ die akustische Übertragungsfunktion vom Lautsprecher L zum Ohr und H _n die Übertragungsfunktion auf Grund der linearen Korrelation zwischen n′ und n beschreibt.

Mit der Übertragungsfunktion Hx des Kompensationsfilters KF gemäß der Gleichung (4) ist eine vollständige Ge räuschkompensation möglich, solange n₀ (t) gleich 0 ist, d. h. n′ (t) und n (t) vollständig korreliert sind. Ein mit dem akustischen Umgebungsgeräusch n′(t) am Referenzmikrofon RM nichtkorrelierter Signalteil n₀ (t) in n(t) kann dagegen nicht kompensiert werden.

Die theoretisch erreichbare Geräuschdämpfung läßt sich mit Hilfe der Kohärenzfunktion γ² ( ω ) ausdrücken. γ² ( ω ) ist definiert als:

wobei S _{n, n} das Autoleistungsdichte-Spektrum des akusti schen Umgebungsgeräusches n(t) im Ohr beschreibt.

Für die theoretisch erzielbare Geräuschdämpfung D( ω ) gilt:

D( ω ) = 1 - γ² (ω ) (6)

Eine naheliegende Schlußfolgerung hieraus wäre, das Referenzmikrofon RM möglichst dicht am Ohreingang zu plazieren. Im Gegensatz dazu steht jedoch die weitere Forderung, daß das Referenzsignal nur geringe Nutzsignal anteile enthalten darf, da es sonst zur Teilkompensation des Nutzsignals S(t) im Ohr kommen würde. Das Referenzmikrofon RM sollte deshalb eine Richtcharakteristik auf weisen und ist derartig anzuordnen, daß eine akustische Rückkopplung vom Lautsprecher vermieden wird.

Bei der vorstehenden Ableitung wurde davon ausgegangen, daß sämtliche Übertragungsfunktionen keinen signifikanten Schwankungen unterliegen. Es ist davon auszugehen, daß die akustische Übertragungsfunktion vom Lautsprecher L zum Ohr und die getroffene Annahme einer linearen Korrelation zwischen n und n′ sich erst bei deutlichen Unterschieden in der Kopfform und bei großer Positions abweichung des Kopfhörers K ändern.

Claims

1. Verfahren zur akustischen Kompensation des Umgebungs geräusches, bei dem in den Hörweg ein Zusatzsignal einge speist wird, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zusatzsignal das von einem Referenzmikrofon (RM) aufgenommene Umgebungsgeräusch (n′(t)) verwendet wird, welches einem Kompensationsfilter (KF) zugeführt wird und
daß das Filterausgangssignal in negierter Form in einem am Ende des Hörwegs liegenden Lautsprecher (L) dem Nutz signal (s(t)) überlagert wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzmikrofon (RM) mit Richtcharakteristik verwendet wird und dieses derartig im Kopfgeschirr ange ordnet ist, daß eine akustische Rückkopplung vom Laut sprecher (L) in das Referenzmikrofon (RM) weitgehend ver mieden wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion (H _x ) des Kompensations filters (KF) unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion (H₁) des Referenzmikrofons (RF), der Übertragungsfunktion (H₂) des Lautsprechers (L), der akustischen Übertragungs funktion (H₃) vom Lautsprecher (L) zum Ohr und der Über tragungsfunktion (H _n ) auf Grund linearer Korrelation zwischen Umgebungsgeräusch am Referenzmikrofon (RF) und Ohr (n′, n) eingestellt wird.