DE3837538A1

DE3837538A1 - Automatische lautstaerkeregeleinrichtung fuer ein in einem fahrzeug installiertes audiowiedergabegeraet

Info

Publication number: DE3837538A1
Application number: DE3837538A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Takagi; Shinichi Sato; Masahiko Ito; Hideo Yamamoto
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1989-08-17
Anticipated expiration: 2008-11-05
Also published as: US5018205A; DE3837538C2

Description

Fig. 13 zeigt einen ersten bekannten Lautstärkekompensator, der in der JP-OS 2 48 611/86 beschrieben ist. Der Kompensator enthält einen mit einem verstellbaren Abgriff versehenen, die Wiedergabelautstärke beeinflussenden Widerstand VR ₁ und eine RC-Filterschaltung 1. Ein Hochfrequenzschallbereichskompensationskondensator C ₁ ist zwischen einen Zwischenabgriff c und den Signaleingangsanschluß a des Widerstandes VR ₁ geschaltet. Ein Niederfrequenztonbereichskompensationskondensator C ₂ und ein Widerstand R ₁ sind in Serie miteinander zwischen den Zwischenabgriff c und das andere Ende b des Widerstandes VR ₁ geschaltet und parallel zu einem Niederfrequenztonbereichskompensationspegelbegrenzungs widerstand R ₂ geschaltet.

Fig. 14 zeigt einen zweiten bekannten Lautstärkekompensator, der in der JP-OS 2 23 909/83 beschrieben ist. Der Kompensator hat einen mit einem verstellbaren Abgriff versehenen Lautstärkepegelsteuerwiderstand VR ₁. Eine Resonanzschaltung 2 ist zwischen den Zwischenabgriff c und den Endanschluß des einstellbaren Widerstandes VR ₁ geschaltet.

Fig. 15 zeigt einen dritten bekannten Lautstärkekompensator, der in der nämlichen JP-OS 2 23 909/83 beschrieben ist. Der Kompensator hat zwei den Lautstärkepegel beeinflussende einstellbare Widerstände VR ₁ und VR′ ₁ für zwei Kanäle und einen dritten Einstellwiderstand VR ₂, der zusammen mit den beiden vorgenannten einstellbaren Widerständen eingestellt wird. Der Pegel am Ausgang einer Resonanzschaltung 2 wird durch den dritten Einstellwiderstand VR ₂ geregelt. Der Kompensator hat auch Additionskreise 3 und 3′, die differentiell mit den Ausgängen der einstellbaren Widerstände VR ₁ und VR′ ₁ verbunden sind.

Fig. 16 zeigt einen vierten bekannten Lautstärkekompensator, der in der JP-Gebrauchsmusteranmeldung 95 723/85 beschrieben ist. Der Kompensator enthält mehrere Filter 4 und 5 zum Teilen eines Audioeingangssignals in zwei oder mehr Frequenzbereichskomponenten, einen logarithmischen Kompressorverstärker 6, der logarithmisch wenigstens einen der Ausgänge der Filter komprimiert, und eine Additionsschaltung 8, die den Ausgang des Verstärkers zu dem Ausgang des anderen Filters addiert, der durch einen linearen Verstärker 7 verstärkt worden ist.

Wenn der verstellbare Abgriff d des einstellbaren Widerstandes VR ₁ des ersten bekannten Lautstärkekompensators zwischen dem Signaleingangsanschluß a und dem Zwischenabgriff c gegen den Zwischenabgriff c geschoben wird, dann ist die Schallfrequenzdruckcharakteristik derart, daß der Pegel des Schalldrucks in gleichem Umfang sowohl im niedrigen als im hohen Frequenzbereich angehoben wird. Wenn der verstellbare Abgriff d zwischen dem Signaleingangsanschluß a und dem Zwischenabgriff c derart eingestellt wird, daß der Widerstand zwischen dem Zwischenabgriff und dem verstellbaren Abgriff allmählich vergrößert wird, dann wird der Widerstand zwischen dem Signaleingangsanschluß und dem verstellbaren Abgriff allmählich verkleinert, so daß die Kurve der Schallfrequenzdruckcharakteristik allmählich linearer wird, wie in Fig. 17 gezeigt. Obgleich der zweite bekannte Lautstärkekompensator dem ersten bekannten Kompensator in dieser Hinsicht ähnlich ist, hat die Kurve der Schallfrequenzdruckcharakteristik aufgrund der Resonanzschaltung 2 einen größeren Abfall und ist im gesamten Schallfrequenzbereich kürzer, wie in Fig. 18 gezeigt. Wenn die verstellbaren Abgriffe d und d′ der Schallpegeleinstellwiderstände VR ₁ und VR ₁′ des dritten bekannten Lautstärkekompensators gegen die Signaleingangsanschlüsse a und a′ dieser Widerstände verstellt werden, so daß die Schallpegel angehoben werden, dann wird der verstellbare Abgriff g des dritten Einstellwiderstandes VR ₂, der zusammen mit den vorangehend erwähnten Einstellwiderständen verstellt wird, gegen den Anschluß f verschoben, so daß der Pegel am Ausgang der Resonanzschaltung 2 allmählich abgesenkt wird, wie in Fig. 19 gezeigt. Beim vierten bekannten Lautstärkekompensator ist die vom Filter 4 abgegebene Frequenzbereichskomponente linear zum Audioeingangssignal, und die vom anderen Filter 5 abgegebene Frequenzbereichskomponente wird logarithmisch komprimiert und dann zum Ausgang des vorangehend erwähnten Filters hinzuaddiert, so daß die Kurve der Schallfrequenzdruckcharakteristik allmählich linearer wird, wie in Fig. 20 gezeigt.

Der Nachteil der ersten und zweiten bekannten Lautstärkekompensatoren mit den einstellbaren Widerständen besteht darin, daß die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik derart ist, daß der Schalldruckpegel in den unteren und oberen Schallfrequenzbereichen in gleichem Umfang relativ zu dem Schalldruckpegel im mittleren Frequenzbereich angehoben wird, wie in Fig. 17 gezeigt, wenn der Schallpegel nicht höher ist als ein Wert, der der Position des Abgriffs am Einstellwiderstand entspricht (diese Position ist gewöhnlich bei einem Winkel von 120° im Falle, daß der maximale Drehwinkel des einstellbaren Widerstandes 300° beträgt). Speziell bei dem ersten bekannten Lautstärkekompensator, der eine RC-Filterschaltung 1 aufweist, ist der Abfall im Diagramm der Schallfrequenz/Druck-Charakteristik 6 dB/Oktave, und es ergibt sich eine Druckpegeländerung im Frequenzbereich von 200 Hz oder mehr, so daß der Kompensator den speziellen Nachteil aufweist, daß der Schall, der durch den Kompensator kompensiert wird, undeutlich wird oder der mittlere Schallfrequenzbereich aufgrund des Kompensators schwach wird.

Bei dem dritten bekannten Lautstärkekompensator, der den weiteren Einstellwiderstand VR ₂ hat, kann der Umfang der Steigerung in der Lautstärke im niederfrequenten Schallbereich und/oder im hochfrequenten Schallbereich für die Einstellung mittels des zweiten einstellbaren Widerstandes graduell geändert werden. Aus diesem Grunde hat der Kompensator nicht den obenerwähnten Nachteil, jedoch benötigt dieser Kompensator drei oder mehr miteinander gekoppelte Einstellwiderstände, so daß der Platzbedarf relativ groß ist und beim Drehen des Lautstärkereglers ein relativ großer mechanischer Widerstand überwunden werden muß, was kein gutes Einstellgefühl ergibt.

Bei dem vierten bekannten Lautstärkekompensator ist die Schallfrequenz/Druck-Kurve im niedrigen Schallpegelbereich ähnlich einer Gleichheitsempfindungskurve (die eine Fletcher-Manson-Gleichheitslautstärkekurve ist). Aus diesem Grunde liegt ein Nachteil darin, daß der Umfang der Kompensation durch den Kompensator beim Zuhören wiedergegebener Musik übermäßig groß ist und die Schallgüte daher unnatürlich ist. Bei der Aufnahme von Musikstücken werden gewöhnlich Vielkanalanlagen, die von mehreren Mikrofonen gespeist werden, verwendet, wobei mitunter Effekterzeugungseinrichtungen oder dergleichen Einsatz finden, und die Aufnahme wird dann in ein zweikanaliges Stereoformat herabgemischt. Dabei hört eine Person den aufgezeichneten Tönen bei einem gewissen Schallpegel mittels einer Wiedergabeeinrichtung im Studio zu. Der Schallpegel beträgt dabei gewöhnlich etwa 100 Phon. Der Verbraucher kauft die Aufnahme, um diese mit seiner eigenen Wiedergabeeinrichtung abzuspielen. Wenn der Verbraucher der Wiedergabe mit nahezu demselben Schallpegel wie beim Mischen der Aufnahme im Studio zuhört, dann erhält er unter idealen Bedingungen im wesentlichen den gleichen Schalleindruck, wie die Person im Studio (in Wirklichkeit hängt freilich die Qualität von den Hörcharakteristika der Ohren, von den akustischen Eigenschaften des Raumes und von den Eigenschaften der Schallwiedergabeeinrichtung ab). Obgleich die Lautstärke des wiedergegebenen Schalls gewöhnlich sehr viel geringer als 100 Phon ist, kann er doch in manchen Fällen auch höher, beispielsweise 120 Phon sein.

Fig. 3 zeigt Ronbinson-Datson-Kurven, die Gleichheitsempfindungskurven bei den Schallpegeln reiner Töne sind. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß der Verlauf der Ronbinson-Datson-Kurve bei einem Schallpegel von 100 Phon sich von der bei dem Schallpegel von 120 Phon unterscheidet. Mit anderen Worten, die Anhebung des Schalldrucks im niederfrequenten Bereich oder der Abfall der Empfindlichkeit des Ohrs auf den Schalldruckpegel in diesem Bereich ist relativ groß beim Schallpegel von 100 Phon, jedoch relativ klein beim Schallpegel von 120 Phon. Dies bedeutet, daß die Qualität eines wiedergegebenen Tons hoher Lautstärke nicht gleich jener des Tons ist, der von einer Person bei der Aufnahme des Tons beobachtet wird. Mit anderen Worten, der Druckpegel des wiedergegebenen Tons im niederfrequenten Schallbereich oder im hochfrequenten Schallbereich wird bei hohem Schallpegel stärker empfunden. Die Qualität des wiedergegebenen Tons bei hohem Schallpegel unterscheidet sich daher von der bei niedrigem Schallpegel.

Fig. 4 zeigt die Unterschiede zwischen der Gleichheitsempfindungskurve beim Bezugsschallpegel von 100 Phon und den anderen Gleichheitsempfindungskurven bei anderen Pegeln. Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß im niederfrequenten Schallbereich von 200 Hz oder darunter der Schalldruckpegel steigt oder die Empfindlichkeit des Ohrs auf ihn fällt, im mittleren Frequenzbereich bis 1,5 kHz gleichbleibt, und darüber bis 10 kHz zunächst fällt und dann wieder steigt. Aus diesem Grunde müssen die Differenzen kompensiert werden, wenn die Qualität des wiedergegebenen Schalls nahezu gleich der des Schalls sein soll, der von der Person zum Zeitpunkt der Aufnahme des Schalls beobachtet worden ist.

Jeder der bekannten Lautstärkekompensatoren, die angezapfte einstellbare Widerstände aufweisen, wirkt derart, daß die Kurve der Schallfrequenz/Druck-Charakteristik linear gemacht wird, wenn der einstellbare Widerstand auf den höchsten Schallpegel eingestellt wird. Aus diesem Grunde besteht der Nachteil dieser Kompensatoren darin, daß die Kompensation unwirksam wird, wenn dem Schall von marktüblichen Musikquellen oder dergleichen mit hohem Lautstärkepegel zugehört wird, was die Qualität der Wiedergabe unnatürlich macht.

Alle vier bekannten Lautstärkekompensatoren haben den Nachteil, daß sie keine Kompensation bei einem Schallpegel ausführen, der höher als der Pegel der Gleichheitsempfindungsbezugskurve ist oder daß sie Überdeckungen kompensieren, die aus dem Umgebungsgeräusch resultieren, das von einem fahrenden Fahrzeug erzeugt wird, das mit einer Schallwiedergabeeinrichtung ausgerüstet ist, die den Lautstärkekompensator aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile der bekannten Lautstärkekompensatoren zu vermeiden.

Die Erfindung gibt einen automatischen Lautstärkekompensator für eine Schallwiedergabeeinrichtung an, die in einem Fahrzeug montiert ist, bei der der Kompensator eine optimale Kompensation hinsichtlich des wiederzugebenden Schallpegels einer Schallquelle mit hoher Wiedergabetreue, wie vom Erzeuger der Schallquelle beabsichtigt, ausführt. Im Kompensator ist eine Kompensationsschaltung vorgesehen, so daß der Umfang der Kompensation, der nahezu gleich der Differenz zwischen einer Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve bei einem vorbestimmten Schallpegel und jeder von anderen Gleichheitsempfindungskuren bei anderen Schallpegeln ist, durch die Kompensationsschaltung so eingestellt wird, daß die Schallfrequenz/Druck-Charakteristika bei den anderen Schallpegeln automatisch kompensiert werden. Ein weiterer Kompensationsumfang wird auch durch die Kompensationsschaltung gegenüber Überdeckungen ausgeführt, die durch Geräusche beim Fahren des Fahrzeugs erzeugt werden. Der Schalldruckpegel in einem niedrigen oder hohen Schallfrequenzbereich wird gegenüber dem im mittleren Schallfrequenzbereich bei einem Schallpegel, der niedriger als der vorbestimmte Schallpegel ist, gesteigert, und wird gegenüber dem Schalldruckpegel im mittleren Frequenzbereich bei einem Schalldruckpegel, der höher als der vorbestimmte Schallpegel ist, abgesenkt. Der Schalldruckpegel in den niedrigen und hohen Schallfrequenzbereichen kann daher über die Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve entsprechend dem vorgegebenen Schallpegel geändert werden, um dadurch stets die gleiche natürliche Schallqualität bei den voneinander verschiedenen Schallpegeln zu erzielen, selbst im Fahrgastraum des Fahrzeugs, wobei die hohe Wiedergabetreue, die vom Erzeuger der Schallquelle beabsichtigt ist, aufrechterhalten wird.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen automatischen Lautstärkekompensator für eine Schallwiedergabeeinrichtung anzugeben, die in einem Fahrzeug montiert ist. Der Kompensator führt eine optimale Kompensation hinsichtlich des Schallpegels aus, um den Schall einer Schallquelle mit der hohen Wiedergabetreue, die vom Hersteller der Schallquelle beabsichtigt ist, wiederzugeben. Im Kompensator ist ein einstellbarer Widerstand enthalten, der den Schallpegel steuert und eine Zwischenanzapfung hat, so daß die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik automatisch hinsichtlich eines Schallpegels kompensiert wird, der durch den einstellbaren Widerstand beeinflußt wird. In dem automatischen Lautstärkekompensator ist eine Kompensationsschaltung vorgesehen, so daß der Schalldruckpegel in einem niedrigen Schallfrequenzbereich und/oder einem hohen Schallfrequenzbereich relativ zu dem Schalldruck im mittleren Schallfrequenzbereich bei einem Schallpegel gesteigert wird, der niedriger als ein Bezugspegel ist, und gegenüber dem Schalldruck im mittleren Frequenzbereich bei einem Schallpegel abgesenkt wird, der höher als der Bezugspegel ist. Als Folge davon ergibt sich die gleiche natürliche Qualität des Schalls bei den voneinander verschiedenen Schallpegeln selbst in dem Passagierraum des Fahrzeugs mit hoher Wiedergabetreue, wie vom Erzeuger der Schallquelle beabsichtigt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schallwiedergabevorrichtung, die in einem Fahrzeug montiert ist und mit einem automatischen Lautstärkekompensator (loudness compensator) versehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines automatischen Lautstärkekompensators;

Fig. 3 Robinson-Datson-Kurven gleicher Lautstärkeempfindung, die Gleichheitsempfindungskurven sind;

Fig. 4 Kurven der Unterschiede zwischen einer Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve und anderen Gleichheitsempfindungskurven;

Fig. 5 die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des logarithmischen Kompressionsverstärkers des automatischen Lautstärkekompensators nach Fig. 2;

Fig. 6 die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Begrenzerschaltung des automatischen Lautstärkekompensators nach Fig. 2;

Fig. 7 Schallfrequenz/Druck-Kurven, die durch den automatischen Lautstärkekompensator hinsichtlich des Schallpegels, jedoch nicht hinsichtlich Überdeckung kompensiert sind;

Fig. 8 Geräuschkompensationskurven bei dem Schallpegel für die Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve, um den Unterschied im Schalldruckpegel zwischen den Geräuschkompensationskurven anzugeben;

Fig. 9 die Schallfrequenz/Druck-Kurven, kompensiert durch den automatischen Lautstärkekompensator sowohl hinsichtlich des Schallpegels als auch hinsichtlich Überdeckungen;

Fig. 10, 11 und 12 Blockschaltbilder automatischer Lautstärkekompensatoren gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 bis 16 Schaltungen bekannter Lautstärkekompensatoren;

Fig. 17 bis 20 Schallfrequenz/Druck-Kurven, die durch die konventionellen Lautstärkekompensatoren kompensiert sind;

Fig. 21 ein Schaltbild eines automatischen Lautstärkekompensators gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22A und 22B Schallfrequenz/Druck-Kurven, kompensiert durch den automatischen Kompensator nach Fig. 21;

Fig. 23 und 24 weitere Schaltbilder automatischer Lautstärkekompensatoren nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 25 die Schallfrequenz/Druck-Kurven, kompensiert durch den automatischen Lautstärkekompensator nach Fig. 24.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schallwiedergabeeinrichtung, die in einem Fahrzeug montiert ist und mit einem automatischen Lautstärkekompensator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist. Ein Magnetbandgerät 10 oder ein CD-Plattenspieler 11 spielt einen Schallträger ab und gibt ein Audiosignal über einen Schalter 12 an einen Vorverstärker 13. Der Vorverstärker 13 erzeugt ein Ausgangssignal, das durch eine Schallpegelsteuerschaltung 14 einer Lautstärkesteuerung unterworfen wird, und dieses Signal wird dann einer akustischen Übertragungsraumkompensation in einer Schaltung 15 unterworfen. Diese akustische Übertragungsraumkompensationsschaltung 15 arbeitet mit der Lautstärkekompensationsschaltung bei der Einstellung eines Schallpegels als Bezugspegel des Schalldrucks zusammen, um eine gewünschte akustische Übertragungscharakteristik zu ergeben. Der Ausgang der Schaltung 15 wird Leistungsverstärkern 18 a, 18 b und 18 c für Lautsprecher 16 a, 16 b und 16 c zugeführt, die an vorbestimmten Positionen im Passagierraum 17 a des Fahrzeugs 17 angeordnet sind. Der Lautsprecher 16 c dient der Abstrahlung sehr tiefer Frequenzen, weshalb ein Tiefpaßfilter 19 zwischen die Schaltung 15 und den Leistungsverstärker 18 c geschaltet ist.

Fig. 2 zeigt den automatischen Lautstärkekompensator, der Teil der Schallpegelsteuerschaltung 14 ist. Das Audioeingangssignal zum Kompensator wird dem Bandpaßfilter 20 und dem Bandsperrfilter 21 zugeführt. Das Bandpaßfilter 20 läßt den mittleren Schallfrequenzbereich des Signals durch, und das Bandsperrfilter 21 läßt den darunterliegenden und den darüberliegenden Frequenzbereich des Signals durch. Die zwei Resonanzschaltungen dienen der Verstärkung. Die Mittenfrequenz f ₁, der Wiedergabepegel A ₁ und das Wiedergabefrequenzband Δ f ₁ der Resonanzschaltung des Bandsperrfilters 21 des unteren Frequenzbandes und die Mittenfrequenz f ₂, der Wiedergabepegel A ₂ und das Wiedergabefrequenzband Δ f ₂ der Resonanzschaltung des Bandsperrfilters des hohen Schallfrequenzbereiches sind wie folgt vorgegeben:

20 < f ₁ 100 (Hz), 2 < f ₂ 10 (kHz),
A ₁ A ₂, Δ f ₁ 200 (Hz) und Δ f ₂ 1 (kHz).

Die unteren und die oberen Schallfrequenzbereichskomponenten, die durch das Bandsperrfilter 21 extrahiert und verstärkt worden sind, werden logarithmisch durch einen logarithmischen Kompressionsverstärker 22 komprimiert und dann einer Ausgangsbegrenzung mittels einer Begrenzerschaltung 23 für einen gewünschten Schallpegel unterworfen. Die niederfrequenten und die hochfrequenten Schallbereichskomponenten, die durch die Begrenzerschaltung 23 verarbeitet worden sind, werden mittels eines Addierers 24 der mittleren Frequenzbandkomponente hinzuaddiert, die durch das Bandpaßfilter 20 extrahiert worden ist, so daß der Addierer ein vollständiges Audiosignal abgibt.

Wie oben erwähnt, zeigt Fig. 4 die Differenzen zwischen der Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve nach Fig. 3 entsprechend einem Schallpegel von 100 Phon und anderen Gleichheitsempfindungskurven, die darin gezeigt sind und anderen Schallpegeln entsprechen. Die Differenzen brauchen nicht kompensiert zu werden, wenn Töne der gleichen Qualität wie jene, die von einer Person über einen Monitor bei der Aufnahme gehört werden, wiederzugeben sind. Zur Kompensation der Differenzen ist das Bandpaßfilter 20 zur Extrahierung der Komponente des mittleren Frequenzbereichs vorgesehen. Das Bandpaßfilter 20 wird zur Kompensation der Differenzen zwischen der Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve und den anderen Gleichheitsempfindungskurven bei Schallpegeln von weniger als 100 Phon benötigt. Das Bandpaßfilter 20 kompensiert auch die Differenzen zwischen der Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve und den anderen Gleichheitsempfindungskurven bei Schallpegeln von mehr als 100 Phon, um eine Schallfrequenz/Druck-Charakteristik der Art zu erhalten, daß der Pegel des Schalldrucks in einem niedrigen und einem hohen Frequenzbereich gegenüber dem im mittleren Frequenzbereich abgesenkt wird.

Die niederfrequenten und hochfrequenten Schallkomponenten, die auf gewünschte Frequenzkomponenten extrahiert und verstärkt worden sind durch das Bandsperrfilter 21, werden logarithmisch durch den logarithmischen Kompressionsverstärker 22 komprimiert, so daß die Pegel der Komponenten relativ zu dem des mittleren Frequenzbereiches eingestellt werden. Durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 5 ist die lineare Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des logarithmischen Kompressionsverstärkers 22 für die mittlere Frequenzbereichskomponente dargestellt. Die durchgezogene Linie in Fig. 5 zeigt die andere lineare Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des Verstärkers 22 für die niederfrequenten und hochfrequenten Schallkomponenten. Die Kennlinie der letztgenannten Charakteristik des Verstärkers 22 hat eine kleinere Steigung als die der vorgenannten Charakteristik. Aus diesem Grunde kann das Verhältnis zwischen der Komponente des mittleren Frequenzbereichs zu den Komponenten der niedrigen und hohen Frequenzbereiche durch den logarithmischen Kompressionsverstärker 22 graduell geändert werden.

Die Begrenzerschaltung 23 ist dazu vorgesehen, die niederfrequenten und hochfrequenten Schallbereichskomponenten bei einem Schallpegel von mehr als 100 Phon zu dämpfen. Fig. 6 zeigt die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Begrenzerschaltung 23. Ein in Fig. 6 gezeigter Punkt a entspricht dem Schallpegel für die Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve. Die Eingangspegel der hochfrequenten und niederfrequenten Schallkomponenten, die höher als der Punkt a sind, werden durch die Begrenzerschaltung 23 begrenzt, wie in Fig. 6 gezeigt.

Fig. 7 zeigt gewünschte Schallfrequenz/Druck-Verläufe, die durch die Wirkung der oben beschriebenen Baugruppen des automatischen Lautstärkekompensators erreicht werden.

Die Gleichheitsempfindungskurve sowohl des Schalls, der von der Schallwiedergabevorrichtung wiedergegeben wird, als auch des Umgebungsgeräusches, das von dem sich bewegenden Fahrzeug 17 erzeugt wird, unterscheidet sich von der Gleichheitsempfindungskurve reiner Töne. Da eine Überdeckung oder Maskierung des Schalls von der Wiedergabevorrichtung durch Umgebungsgeräusche verursacht wird, muß eine solche Überdeckung kompensiert werden. Obgleich der Pegel des Umgebungsgeräusches und der Pegel von der Schallquelle nicht miteinander verglichen werden brauchen, wenn die Überdeckung genau kompensiert werden soll, wird die Überdeckung hinsichtlich der Differenz zwischen dem Schalldruckpegel von etwa 45 dB (A), wenn ein gewöhnlicher Personenwagen leer läuft, und dem Schalldruckpegel von etwa 70 dB (A), wenn das Fahrzeug mit etwa 100 km/h fährt, kompensiert. Fig. 8 zeigt die Differenz im Schalldruckpegel zwischen einer Leerlaufgeräuschkompensationsbezugskurve, die durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, und entsprechend dem Schallpegel der obenerwähnten Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve und einer Geräuschkompensationsbezugskurve für eine 100 km/h schnelle Bewegung, dargestellt durch eine durchgezogene Linie und entsprechend der Gleichheitsempfindungs-Bezugskurve. Diese Schallpegeldifferenz wird außerdem als eine Überdeckungskompensationsgröße im automatischen Lautstärkekompensator nach Fig. 2 vorgegeben. Die Überdeckungskompensationsgröße ist in schraffierten Bereichen in Fig. 9 begrenzt, die die Lautstärkekompensationseigenschaften angibt, um die Überdeckungen oder Maskierungen zu kompensieren, die durch das Umgebungsgeräusch bei fahrendem Fahrzeug 17 erzeugt werden, um eine hohe Qualität wiedergegebenen Schalls mit hoher Wiedergabetreue, wie vom Hersteller der Schallquelle beabsichtigt, zu erzielen.

Obgleich das Frequenzband des Audioeingangssignals in zwei Sektionen unterteilt wird, von denen die eine den mittleren Frequenzbereich umfaßt und die andere die oberen und unteren Frequenzbereiche umfaßt, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern kann auch so ausgeführt werden, daß Tiefpaßfilter 25 a und Hochpaßfilter 25 b vorgesehen sind, wie in Fig. 10 dargestellt, um das Frequenzband eines Audioeingangssignals in drei Sektionen zu unterteilen, von denen eine für den mittleren Frequenzbereich verwendet wird, eine weitere für den unteren Frequenzbereich und die dritte für den oberen Frequenzbereich verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform können die Ausgangspegel der logarithmischen Verstärker 22 a und 22 b und die der Begrenzerschaltungen 23 a und 23 b nach Wunsch eingestellt werden. Das Bezugszeichen 26 in Fig. 10 bezeichnet einen linearen Verstärker.

Wegen des kleineren Durchmessers der Lautsprecher der Schallwiedergabevorrichtung werden Töne sehr niedriger Frequenz üblicherweise durch die niederfrequente Schallresonanzschaltung des Bandsperrfilters 21 des automatischen Lautstärkekompensators nach Fig. 2 unterhalb der tiefsten Resonanzfrequenz f ₀ der Lautsprecher verstärkt, so daß die Vorrichtung Schaden leiden kann. Um dies zu vermeiden, kann ein Hochpaßfilter 27 mit dem Eingang des Bandsperrfilters 21 verbunden werden, wie in Fig. 11 gezeigt, um einen Frequenzbereich zu dämpfen, der für den ordnungsgemäßen Betrieb der Schallwiedergabevorrichtung schädlich sein könnte.

Fig. 12 zeigt einen automatischen Lautstärkekompensator gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, der für eine zweikanalige Schallwiedergabevorrichtung in einem Fahrzeug bestimmt ist. Eine Kompensationsleitung des Kompensators wird gemeinsam für die niedrigen Schallfrequenzkomponenten der Audioeingangssignale im rechten und im linken Kanal verwendet, während die anderen Kompensationsleitungen des Kompensators für die anderen Komponenten der entsprechenden Audioeingangssignale verwendet werden. Die niederfrequenten Schallbereichskomponenten, die von der erstgenannten Kompensationsleitung verarbeitet werden, werden durch Addierer 28 R und 28 L addiert, um sie zu den anderen, von den letztgenannten Kompensationsleitungen verarbeiteten Komponenten hinzuzumischen. Dies führt zu einer Vereinfachung im Schaltungsaufbau des automatischen Lautstärkekompensators. Begrenzerschaltungen 23 b brauchen bei dieser Ausführungsform nicht unbedingt vorgesehen zu sein.

Fig. 21 zeigt einen automatischen Schaltkompensator gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für eine Schallwiedergabevorrichtung in einem Fahrzeug. Mit Rin, Lin, Rout und Lout in Fig. 21 sind ein Eingangsanschluß für den rechten Kanal, ein Eingangsanschluß für den linken Kanal, ein Ausgangsanschluß für den rechten Kanal und ein Ausgangsanschluß für den linken Kanal bezeichnet. Stereokanalsignale, die den Eingangsanschlüssen Rin und Lin zugeführt werden, gelangen in Hochpaßfilter 111 und 111′ und zu den zwei Eingangsanschlüssen eines Addierers 114. Die Schallkomponenten im mittleren und im hohen Frequenzbereich der Stereokanalsignale werden durch die Hochpaßfilter 111 und 111′ extrahiert und den Eingangsanschlüssen a und a′ einstellbarer Schallpegelsteuerwiderstände 113 und 113′ über Pegelsteuerwiderstände 112 und 112′ zugeführt. Die verstellbaren Abgriffe d der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ werden miteinander verstellt. Der Addierer 114 addiert die beiden Stereokanalsignale zueinander. Der Ausgang vom Addierer 114 ist einem Bandpaßfilter 115 zugeführt, um die niederfrequente Schallkomponente vom Ausgang des Addierers zu extrahieren. Die niederfrequente Schallkomponente wird den Zwischenabgriffen c der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ über Pegelsteuerwiderstände 116 bzw. 116′ zugeführt. Schallpegelkompensierte Signale werden von den Ausgangsanschlüssen Rout und Lout abgenommen, die mit den verstellbaren Abgriffen d der verstellbaren Widerstände 113 bzw. 113′ verbunden sind.

Der Abfall und die Abschneidefrequenz f _C ₁ der Hochpaßfilter 111 und 111′ sind 12 dB/Oktave bzw. etwa 300 Hz bis etwa 500 Hz. Der Addierer 114 kombiniert die Stereokanalsignale, um ein einziges Signal zu erzeugen. Der Abfall und die Abschneidefrequenz f _CZ ₁ des Bandpaßfilters 115 sind -12 dB/Oktave bzw. etwa 70 Hz bis etwa 150 Hz. Der Abfall des Bandpaßfilters 115 kann -18 dB/Oktave, -6 dB/Oktave oder dergleichen sein, sollte jedoch bevorzugt -12 dB/Oktave oder kleiner sein, um eine akustische Übertragungsraumkompensation im Fahrgastraum zu erzielen.

Wenn die Schallwiedergabevorrichtung, die mit dem automatischen Lautstärkekompensator nach Fig. 21 ausgerüstet ist, kastenartige Baßlautsprecher kleiner Durchmesser aufweist, dann wird die Schwingungsamplitude dieser Lautsprecher unterhalb der Resonanzfrequenz der Öffnungen derselben stark vergrößert. Die untere Abschneidefrequenz fc 22 des Bandpaßfilters 115 verhindert wirksam, daß aufgrund großer Schwingungsamplitudensteigerung der Lautsprecher Verzerrungen erzeugt werden, und sie verhindert auch Verzerrungen im sehr tiefen Frequenzbereich, wenn die Lautsprecher in größeren Schallwänden eingebaut sind. Die Abschneidefrequenz fc 22 und der Abfall des Bandpaßfilters 115 werden in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Lautsprecher bei dieser Ausführungsform mit 50 Hz bzw. 12 dB/Oktave festgelegt.

Die Schallfrequenz/Druck-Charakteristika entsprechend der voneinander verschiedenen Abschnitte der verstellbaren Abgriffe der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ werden nun unter Bezugnahme auf die in den Fig. 22A und 22B dargestellten Kurven erläutert. Wenn die Abgriffe d auf die Zwischenabgriffe c der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ eingestellt sind, dann wird die in Fig. 22A dargestellte Schallfrequenz/Druck-Charakteristik erzeugt. Die Pegel l ₁ des Schalldrucks im unteren Frequenzbereich und l ₂ in den mittleren und oberen Frequenzbereichen werden durch die Widerstandsgrößen der Pegelsteuerwiderstände 112, 112′, 116 und 116′ bestimmt. Der Frequenzbereich (zwischen f _C ₁ und fc 21) des konkaven Abschnitts (der durch die Hochpaßfilter 111 und 111′ und das Bandpaßfilter 115 erzeugt wird) der in Fig. 22A dargestellten Kurve und der Pegel l ₃ des Schalldrucks werden so bestimmt, daß sie nahezu dem konvexen Abschnitt (Spitze) der Kurve der akustischen Charakteristik des Fahrgastraums des Fahrzeugs entsprechen. Eine durchgezogene Linie c in Fig. 22B zeigt die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik, die erzeugt wird, wenn die beweglichen Abgriffe d der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ auf den Zwischenabgriffen c derselben liegen. Wenn die beweglichen Abgriffe d verschoben werden und auf den Eingangsanschlüssen a der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ liegen, dann ergibt sich die mit gestrichelter Linie a in Fig. 22B dargestellte Schallfrequenz/Druck-Charakteristik. Wenn die beweglichen Abgriffe d von den Zwischenabgriffen c auf die Eingangsanschlüsse a geschoben werden, dann werden die Pegel der im mittleren Frequenzbereich und im oberen Frequenzbereich liegenden Schallkomponenten, die von den Hochpaßfiltern 111 und 111′ kommen, angehoben, weil der Widerstand zwischen dem beweglichen Abgriff und dem Eingangsanschluß allmählich abnimmt, jedoch wird der Pegel der im unteren Frequenzbereich liegenden Komponente, die vom Bandpaßfilter 115 kommt, nicht angehoben, weil der Widerstand zwischen dem beweglichen Abgriff und dem Zwischenabgriff allmählich gesteigert wird. Aus diesem Grunde wird die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik, die mit der durchgezogenen Linie c dargestellt ist, allmählich gegen die mit gestrichelter Linie a eingezeichnete Charakteristik verändert. Wenn die beweglichen Abgriffe d von den Zwischenabgriffen c gegen die geerdeten Anschlüsse b der einstellbaren Widerstände 113 und 113′ verschoben werden, dann wird der Widerstand zwischen jedem beweglichen Abgriff und dem betreffenden Zwischenabgriff größer, jedoch wird das Widerstandsverhältnis nicht geändert, so daß die Pegel der Ausgänge der Hochpaßfilter 111 und 111′ und der am Ausgang des Bandpaßfilters 115 abgesenkt werden, so daß eine Schallfrequenz/Druck-Charakteristik erzeugt wird, die mit strichpunktierter Linie b in Fig. 22B dargestellt ist und ähnlich den vorangehend erläuterten Schallfrequenz/Druck-Charakteristika a und c ist. Der konkave Abschnitt jeder der Kurven a, b und c, der durch die Wirkungen der Hochpaßfilter 111 und 111′ und des Bandpaßfilters 115 um die Frequenz 250 Hz hervorgerufen wird, entspricht nahezu dem konvexen Abschnitt (Spitze) der Kurve der akustischen Charakteristik des Fahrzeugfahrgastraums, die eine Spitze im Bereich von 250 Hz hat. Der konkave Abschnitt jeder der Kurven a, b und c dient somit wirksam der Kompensation der akustischen Eigenschaft des Fahrgastraums des Fahrzeugs.

Wenn es unwahrscheinlich ist, daß ein abnormer Schall im sehr tiefen Frequenzbereich erzeugt wird, dann kann das Bandpaßfilter 115 durch ein Tiefpaßfilter ersetzt werden.

Obgleich das Frequenzband für jedes der Stereokanalsignale in zwei Sektionen unterteilt wird und die niederfrequenten Komponenten der Signale zueinander addiert werden, um ein einziges Signal zu bilden, um schädliche Schallkomponenten sehr tiefer Frequenz zu dämpfen, wie in der Ausführungsform nach Fig. 21 beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann auch so ausgebildet werden, daß die niederfrequenten Signalkomponenten separat für die beiden Kanäle verarbeitet werden, wie in Fig. 23 gezeigt, um schließlich die gleichen Schallfrequenz/Druck-Charakteristika zu erzeugen, wie jene, die in den Fig. 22A und 22B dargestellt sind.

Obgleich nur die niederfrequenten Schallkomponenten der Stereokanalsignale bei einem Schallpegel über einem Bezugsschallpegel bei der in Fig. 21 dargestellten Ausführungsform gedämpft werden, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch derart ausgeführt sein, daß, wie in Fig. 24 gezeigt, sowohl die niederfrequenten Schallkomponenten als auch die hochfrequenten Schallkomponenten von Stereokanalsignalen bei einem über einem Bezugsschallpegel liegenden hohen Schallpegel gedämpft werden. Bei der in Fig. 24 dargestellten Ausführungsform sind ein Tiefpaßfilter 115 a und ein Hochpaßfilter 115 b vorgesehen, wobei das Filter 115 a die niederfrequente Komponente des Eingangssignals und das Filter 115 b die hochfrequente Komponente des Eingangssignals extrahiert. Diese Komponenten werden dem Zwischenabgriff c eines den Schallpegel einstellbaren variablen Widerstandes 113 über Pegelsteuerwiderstände 116 a und 116 b zugeführt. Die Abschneidefrequenz im niederfrequenten Band eines Bandpaßfilters 121 und die Abschneidefrequenz des Tiefpaßfilters 115 a können an die Abschneidefrequenz des Hochpaßfilters 111 und die Hochband-Abschneidefrequenz des Bandpaßfilters 115 angeglichen werden. Die Hochband-Abschneidefrequenz des Bandpaßfilters 115 und die Abschneidefrequenz des Hochpaßfilters 115 b sind ausreichend voneinander verschieden und auf Werte eingestellt, die Schallfrequenz/Druck-Charakteristika erzeugen, die konkave Abschnitte um die Frequenz 1,5 kHz haben, wie in Fig. 25 gezeigt. Die durchgezogene Linie c in Fig. 25 zeigt die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik, die erzeugt wird, wenn der bewegliche Abgriff d eines den Schallpegel beeinflussenden einstellbaren Widerstandes 113 sich auf dem Zwischenabgriff c desselben befindet. Eine gestrichelte Linie a in Fig. 25 zeigt die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik, die erzeugt wird, wenn der bewegliche Abgriff d sich auf dem Eingangsanschluß a des einstellbaren Widerstandes 113 befindet. Die strichpunktierte Linie b in Fig. 25 zeigt die Schallfrequenz/Druck-Charakteristik, die erzeugt wird, wenn der bewegliche Abgriff d sich zwischen dem Zwischenabgriff c und dem geerdeten Anschluß b des einstellbaren Widerstandes 113 befindet. Hinsichtlich der Ausführungsform nach Fig. 24 wird das Hörempfinden wirksam bei einem hohen Schallpegel kompensiert, und die akustische Charakteristik des Fahrgastraumes eines Fahrzeugs wird ebenfalls um den konvexen Abschnitt der Kurve um die Frequenz von 1,5 kHz kompensiert.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen, die in den Fig. 21, 23 und 24 dargestellt sind, teilen die einstellbaren Widerstände und die Filter in Kombination jedes der rechten und linken Stereokanalsignale in verschiedene Frequenzbänder auf, und die Abschneidefrequenzen der Filter sind ausreichend voneinander verschieden, um den konkaven Abschnitt in jeder der Kurven des Schallfrequenz/Druck-Verlaufs zu erzeugen. Der Frequenzbereich des konkaven Abschnitts ist nahezu gleich dem des konvexen Abschnitts im Diagramm des akustischen Übertragungsraums des Fahrgastraumes, das durch Reflexionen oder Absorptionen von Schall zwischen dem Lautsprecher und der im Fahrgastraum befindlichen Person hervorgerufen wird. Die Pegel der Filterausgänge werden durch die Pegelsteuerwiderstände so eingestellt, daß Frequenzeigenschaften erhalten werden, die eine Kompensation von Schall auch im Hinblick auf den akustischen Übertragungsraum im Fahrgastraum bewirken. Es wird eine Kompensation somit nicht nur hinsichtlich des Schallpegels, sondern auch hinsichtlich der akustischen Eigenschaften des Fahrgastraums ausgeführt. Dies macht den Schalleindruck sehr natürlich.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 21 und 23 verhindern die Dämpfungseigenschaften im niederfrequenten Bereich oder im niederfrequenten und im hochfrequenten Bereich bei hohem Schallpegel ein Klippen des Schalls im Verstärker, einen abnormen Betrieb der Lautsprecher, die Erzeugung von Verzerrungen und dergleichen.

Claims

1. Schallwiedergabevorrichtung in einem Fahrzeug mit einem automatischen Lautstärkekompensator, enthaltend:
eine Einrichtung zum Anheben eines Schalldruckpegels relativ zum Schalldruck in einem mittleren Frequenzbereich bei einem Schallpegel, der niedriger als ein Bezugspegel ist, und
eine Einrichtung zum Vermindern des Schalldruckpegels gegenüber dem im mittleren Frequenzbereich bei einem Schallpegel, der höher als der Bezugspegel ist.

2. Automatischer Lautstärkekompensator nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend:
eine Einrichtung zum Bewirken einer zweiten Kompensation auf der Grundlage von durch Bewegung des Fahrzeugs hervorgerufenem Umgebungsgeräusch.

3. Automatischer Lautstärkekompensator nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend:
eine Einrichtung zum Bewirken einer zweiten Kompensation auf der Grundlage der akustischen Eigenschaften des Fahrgastraums des Fahrzeugs.

4. Automatischer Lautstärkekompensator nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend:
eine erste Filtereinrichtung zum Extrahieren von Signalkomponenten in einem mittleren Frequenzbereich aus einem Audiosignal;
eine zweite Filtereinrichtung zum Extrahieren einer niederfrequenten und einer hochfrequenten Signalkomponente aus dem Audiosignal;
eine Einrichtung zum logarithmischen Komprimieren des Ausgangs der genannten zweiten Filtereinrichtung;
eine Einrichtung zum Begrenzen des Ausgangspegels der logarithmischen Kompressionseinrichtung; und
eine Einrichtung zum Addieren des Ausgangs der Pegelbegrenzungseinrichtung zum Ausgang der ersten Filtereinrichtung.

5. Automatischer Lautstärkekompensator nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend:
ein Hochpaßfilter mit einem Eingang, der mit dem zugeführten Audiosignal verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem Eingang der zweiten Filtereinrichtung verbunden ist.

6. Schallwiedergabevorrichtung in einem Fahrzeug mit einem automatischen Lautstärkekompensator, enthaltend:
eine einstellbare Widerstandseinrichtung zum Beeinflussen eines Schallpegels eines Audiosignals, mit einem Eingang und einem Zwischenabgriff, der an einer Stelle angeordnet ist, die einem Bezugssignalpegel entspricht, und
eine Einrichtung zum automatischen Kompensieren eines Schalldruckpegels in Abhängigkeit von dem genannten Schallpegel, enthaltend:
eine Einrichtung zum Steigern des Schalldruckpegels gegenüber dem in einem mittleren Frequenzbereich bei einem Schallpegel, der niedriger als der Bezugspegel ist; und
eine Einrichtung zum Vermindern des Schalldruckpegels gegenüber dem im mittleren Frequenzbereich bei einem Schallpegel, der höher als der Bezugspegel ist.

7. Automatischer Lautstärkekompensator nach Anspruch 6, weiterhin enthaltend:
erste Filtereinrichtungen zum Extrahieren wenigstens einer im mittleren Frequenzbereich liegenden Schallkomponente aus dem Audiosignal;
zweite Filtereinrichtung zum Extrahieren einer niederfrequenten und/oder einer hochfrequenten Schallkomponente aus dem Signal;
wobei ein Ausgangssignal von den ersten Filtereinrichtungen dem Eingangsanschluß des einstellbaren Widerstands zugeführt wird, und
ein Ausgangssignal von den zweiten Filtereinrichtungen dem Zwischenabgriff des einstellbaren Widerstands zugeführt wird.