DE4215420C2 - Gehörrichtiger Lautstärkesteuerschaltkreis - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gehörrichtigen Lautstärkesteuerschaltkreis, welcher, wenn die Lautstärke eines Eingangsschallsignals gering ist, die hohen und die niedrigen Frequenzkomponenten eines das Schallsignal repräsentierenden Signals erhöht, um dadurch Einflüsse der menschlichen Hörcharakteristik zu kompensieren.

Die Frequenzcharakteristik von Schall, welcher von dem menschlichen Ohr gehört werden kann, ist abhängig von der Lautstärke des Schalls. Wenn die Lautstärke des Schalls sich verringert, wird es für das menschliche Gehör schwierig, die niedrigen Frequenzkomponenten und die hohen Frequenzkomponenten des Schalls zu erkennen. Um dieses Problem zu lösen, werden akustische Geräte, wie stereophonetische Schallwiedergabegeräte, mit einem gehörrichtigen Lautstärkesteuerschaltkreis ausgestattet.

Ein Beispiel eines herkömmlichen gehörrichtigen Lautstärkesteuerschaltkreises dieser Art ist in Fig. 4 gezeigt. Der Schaltkreis gemäß der Fig. 4 umfaßt einen Widerstand 1 zur variablen Einstellung der Lautstärke, mit einem Mittelabgriff T (welcher den einstellbaren Widerstand in einen oberen Teil 1a und einen unteren Teil 1b teilt), einem hochfrequenzleitenden Kondensator 2, einem niedrigfrequenzsperrenden Kondensator 3, einem Shunt-Resistor 4, und einem Lautstärkeschalter 5. Der Lautstärkeschalter 5 ist zusammen mit anderen Schaltern an einem Bedienungsfeld eines akustischen Gerätes, wie z. B. einer stereophonetischen Schallwiedergabegerätes montiert.

In dem Lautstärkesteuerschaltkreis, welcher in der Fig. 4 gezeigt ist, wird die Lautstärke des Ausgangssignals durch Verschieben des Schlittens 1c des Widerstands 1 zur Regelung der Lautstärke gesteuert (erhöht oder erniedrigt). Die Lautstärke des Ausgangssignals wird durch die Bedienung des Lautstärkeschalters 5 gesteuert. Wenn der Lautstärkeschalter 5 sich in der Schalterstellung "ein" befindet, passieren die hohen Frequenzkomponenten des Eingangsschallsignals den hochfrequenzleitenden Kondensator 2 und werden dem unteren Teil 1b des einstellbaren Widerstands 1 zugeführt, wodurch sie verstärkt werden. Obwohl die niederfrequenten Komponenten des Eingangsschallsignals dazu tendieren, durch den oberen Teil 1a des einstellbaren Widerstands 1 zu dem Shunt-Widerstand 4 zu fließen, werden sie durch den niederfrequenzsperrenden Kondensator 3 blockiert. Als ein Ergebnis werden die niederfrequenten Komponenten in den unteren Teil 1b des einstellbaren Widerstands 1 geleitet, wodurch sie verstärkt werden. Daher ist der wiedergegebene Schall sowohl in seinem Hochfrequenzbereich als auch in seinem Niedrigfrequenzbereich weniger gedämpft, wie in Fig. 5 gezeigt ist, welche den Lautstärkeeffekt, welcher von dem Lautstärkesteuerschaltkreis hervorgerufen wird, illustriert.

In dem Lautstärkesteuerschaltkreis ist der Lautstärkeschalter 5 ein mechanischer Schalter, während die Kondensatoren 2 und 3 sowie der Widerstand auf einer gedruckten Schaltkreisplatine bereitgestellt werden. Daher müssen Signalleitungen, in welchen das Schallsignal fließt, zwischen den Kontakten des Lautstärkeschalters 5, den Kondensatoren 2 und 3, und dem Widerstand 4 verbunden werden. Dies kann dazu führen, daß der Signal/Rausch-Pegel des Signals verringert wird.

Diese Schwierigkeit kann durch das folgende bekannte Verfahren beseitigt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Kontakte des Lautstärkeschalters 5 durch elektronische Schaltelemente α und β, wie z. B. Transistoren oder Feldeffekttransistoren ersetzt. Diese elektronischen Schaltelemente sind auf der gleichen gedruckten Schaltkreisplatine mit den Kondensatoren 2 und 3 und dem Widerstand 4 angeordnet, so daß sie mit den Letztgenannten mit kürzesten Leitbahnen verbunden sind. In diesem Schaltkreis sind nur die Einrichtungen zur Bereitstellung von ein/aus-Steuersignalen für die elektronischen Schaltelemente auf dem Bedienungsfeld installiert.

Fig. 7 zeigt einen Transistor, welcher als elektronisches Schaltelement α verwendet wird. In einer Lautstärke "ein"- Bedienungsweise (in der der Lautstärkeschalter eingeschaltet ist), ist es notwendig, einen DC-Steuerstrom zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors fließen zu lassen, um den Letztgenannten in einem leitenden Zustand zu halten. Der DC-Steuerstrom steht in keiner Weise mit dem Schallsignal in einem Zusammenhang. Dieser DC-Steuerstrom fließt in dem Widerstand 1 zur Einstellung der Lautstärke, wodurch der Signal/Rausch-Pegel des Schallsignals vermindert wird. Darüber hinaus kann die Schaltoperation zum Anlegen des Steuerstroms dazu führen, daß vorübergehendes Rauschen erzeugt wird.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, werden die folgenden bekannten Verfahren angewandt. In einem Verfahren, welches in Fig. 8 gezeigt ist, ist lediglich das elektronische Schaltelement β für die niedrigfrequenten Komponenten mit einem Transistor oder ähnlichem ersetzt. Das elektronische Schaltelement α für die hochfrequenten Komponenten ist eliminiert und der für hohe Frequenzen leitende Kondensator 2 ist direkt mit dem Mittelabgriff T des einstellbaren Widerstands 1 verbunden, was dazu führen kann, daß der Signal/Rausch-Pegel erniedrigt wird. In einem anderen bekannten Verfahren, welches in Fig. 9 gezeigt ist, sind sowohl der hochfrequenzleitende Kondensator 2 und das elektronische Schaltelement α eliminiert, und lediglich das elektronische Schaltelement β für die niedrigfrequenten Komponenten ist mit einem Transistor oder ähnlichem ersetzt.

Diese bekannten Schaltkreise besitzen jedoch immer noch die folgenden genannten Nachteile. In dem Schaltkreis, welcher in Fig. 8 gezeigt ist, ist der für hohe Frequenzen leitende Kondensator 2 fest eingebunden. Dadurch werden, egal ob der Lautstärkeschalter eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, die hochfrequenten Komponenten bezüglich ihrer Lautstärke immer angehoben. In dem Fall des Schaltkreises, welcher in Fig. 9 gezeigt ist, ist der für hohe Frequenzen leitende Kondensator 2 eliminiert, und dadurch können die hochfrequenten Komponenten bezüglich ihrer Lautstärke nicht angehoben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die o.g. Nachteile, welche bei den herkömmlichen gehörrichtigen Lautstärkesteuerschaltkreisen auftreten, zu beseitigen.

Aus der DE 39 16 521 C1 ist eine Schaltung bekannt, die dafür sorgt, daß bei einem Autoradio mit nachgeschalteter Booster-Stufe eine der menschlichen Hörkurve angepaßte Frequenzanhebung gewährleistet ist. Die entsprechende Schaltung weist einen Sensor auf, über den der Verstärkungsgrad des Booster-Verstärkers detektiert werden kann. Der detektierte Verstärkungswert wird analog-digitalgewandelt und zusammen mit einem ebenfalls analog-digitalgewandelten eingestellten Lautstärkewert als Adresse in einen Speicher eingegeben. Der Speicher enthält die für die festgestellten Werte passenden Steuerdaten, durch die dann über ein Steuerwerk die geeignete Lautstärkesteuerung bewirkt wird.

In DE-OS 22 50 725 ist eine Schaltung zur gehörrichtigen Lautstärkeeinstellung bekannt, die bewirkt, daß bei Einstellung einer kleinen Lautstärke die tiefen und hohen Frequenzen gegenüber den mittleren Frequenzen weniger stark bedämpft werden. Die entsprechende Schaltung weist ein variables Widerstandselement auf, an dessen Eingang ein Tongenerator angeschlossen ist und an dessen Ausgang ein gehörkorrigiertes Ausgangssignal abgenommen werden kann. Das variable Widerstandselement weist zwei weitere mittige Abgriffe auf, die über jeweils einen Widerstand und einen Kondensator mit Masse verbunden sind. Entsprechend der Stellung des Ausgangsabgriffes an dem variablen Widerstandselement tritt eine starke oder weniger starke Bedämpfung mittlerer Frequenzen auf.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, welche zeigen:

Fig. 1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Lautstärkesteuerschaltkreises nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Lautstärkesteuerschaltkreises nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Lautstärkesteuerschaltkreises nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Beispiels für einen herkömmlichen Lautstärkesteuerschaltkreis;

Fig. 5 zeigt in einer grafischen Darstellung die Frequenzcharakteristik des Schallsignals, in einer "ein"-Lautstärkebetriebsweise und diejenige in einer "aus"-Lautstärkebetriebsweise;

Fig. 6 zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Lautstärkesteuerschaltkreises, welcher aus elektronischen Elementen gebildet ist;

Fig. 7 zeigt ein Schaltkreisdiagramm zur Illustrierung der Schwierigkeiten, welche in dem Schaltkreis, welcher in Fig. 6 gezeigt ist, auftreten; und

Fig. 8 und 9 zeigen Schaltkreisdiagramme, welche Varianten des Lautstärkesteuerschaltkreises der Fig. 6 darstellen.

Im folgenden wird ein Lautstärkesteuerschaltkreis nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Diejenigen Teile, welche funktionell denjenigen entsprechen, welche bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschrieben wurden, sind mit denselben Bezugszeichen oder Buchstaben gekennzeichnet.

In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 6 einen Spannungsfolger mit einem Operationsverstärker. Der Spannungsfolger 6 ist ein Pufferverstärker, welcher im wesentlichen einen Verstärkungsfaktor von 1 besitzt, eine unendliche Eingangsimpedanz, und eine Ausgangsimpedanz von nahezu Null aufweist. Eine Steuerspannung Vref wird über den Vorspannungswiderstand 7 an einem Eingangsanschluß des Spannungsfolgers 6 angelegt, welchem einem Schallsignal über einen hochfrequenzkoppelnden Kondensator 2a zugeführt wird. Der Ausgangsanschluß des Spannungsfolgers 6 ist über einen niederfrequenzsperrenden Kondensator 3, einen Schutzwiderstand 8 und einen Shunt-Widerstand 4 mit dem Mittelabgriff T des Widerstands zur Einstellung der Lautstärke verbunden. Ein Schalttransistor 10 ist zwischen dem Verbindungspunkt P von Schutzwiderstand 8 und Shunt-Widerstand 4 und dem Masseanschluß verbunden. Der Schutzwiderstand 8 begrenzt den Ausgangsstrom des Spannungsfolgers 6, wenn der Transistor 10 sich in einem leitenden Zustand befindet, um den Schaltkreis zu schützen.

Für eine Lautstärke "aus" -Betriebsweise wird ein Signal von hohem Pegel "H" an die Basis des Transistors 10 angelegt, um den Transistor 10 in einem leitenden Zustand zu halten und den Verbindungspunkt P auf Masse zu legen. Das bedeutet, daß der Shunt-Widerstand 4 parallel zum unteren Teil 1b des einstellbaren Widerstands 1 verbunden ist. Dieser Betrieb ist gleichbedeutend mit dem Betrieb, welcher in Fig. 4 gezeigt ist, in welchem der Lautstärkeschalter 5 sich im "aus"-Schaltzustand befindet.

Für eine Lautstärke "ein"-Betriebsweise wird ein Niedrigpegelsignal "L" an die Basis des Transistors 10 angelegt, so daß der Transistor in einen nichtleitenden Zustand gebracht wird, wodurch der Verbindungspunkt P von dem Masseanschluß getrennt wird. Als ein Ergebnis werden die Hochfrequenzkomponenten des Schallsignals, welche über den hochfrequenzkoppelnden Kondensator 2a an den Spannungsfolger 6 angelegt werden, über den niedrigfrequenzsperrenden Kondensator 3, den Schutzwiderstand 8 und den Shunt-Widerstand 4 dem unteren Teil 1b des einstellbaren Widerstands 1 zugeführt, wodurch die Hochfrequenzkomponenten des Schallsignals verstärkt werden.

Gleichzeitig wird der niederfrequenzsperrende Kondensator 3, welcher vorhergehend über den Transistor 10 mit dem Masseanschluß verbunden war, aktiviert. Dadurch wird in der Lautstärke "ein"-Betriebsweise die Impedanz des Serienschaltkreises, welcher aus dem niedrigfrequenzsperrenden Kondensator 3, dem Schutzwiderstand 8 und dem Shunt-Widerstand 4 besteht, zwischen dem Mittelabgriff T des einstellbaren Widerstands 1 und dem Masseanschluß verbunden, da der linke Anschluß des niederfrequenzsperrenden Kondensators 3 für Wechselstrom als gegen Masse verbunden angesehen werden kann, da wie vorstehend beschrieben, die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers als gegen Null angesehen werden kann. Im Gegensatz dazu ist in der Lautstärke "aus"-Betriebsweise lediglich der Shunt-Widerstand 4 als eine Impedanz zwischen dem Mittelabgriff T und dem Masseanschluß verbunden.

Als Ergebnis ist die zusammengesetzte Impedanz aus dem unteren Teil 1b des Widerstands 1, welcher die Lautstärke einstellt und dem oben beschriebenen Serienschaltkreis aus niederfrequenzsperrenden Kondensator 3, Schutzwiderstand 8 und Shunt-Widerstand 4 in der Lautstärke "ein"-Betriebsweise größer als die zusammengesetzte Impedanz aus dem unteren Teil 1b des Widerstands 1 und dem Shunt-Widerstand 4 der Lautstärke "aus"-Betriebsweise. Die größere Impedanz in der Lautstärke "ein"-Betriebsweise ist effektiver bezüglich der Sperrung von niedrigfrequenten Komponenten als die kleinere Impedanz in der Lautstärke "aus"-Betriebsweise. Als Ergebnis davon, ist das Spannungsteilerverhältnis, welches durch den oberen Teil 1a des einstellbaren Widerstands und der zusammengesetzten Impedanz ergibt, höher für niedrigfrequente Komponenten in der Lautstärke "ein"-Betriebsweise als in der Lautstärke "aus"-Betriebsweise, wodurch die niedrigfrequenten Komponenten des Eingangssignals während der Lautstärke "ein"-Operation verstärkt werden.

Mit dem Lautstärkesteuerschaltkreis, welcher in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Lautstärke "ein/aus"-Steuerung dadurch erreicht werden, daß lediglich der Transistor 10 ein- und ausgeschaltet wird. Es ist unnötig, die Signalleitungen zu dem Bedienungsfeld zu verlängern.

Fig. 2 zeigt einen Lautstärkesteuerschaltkreis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es wird klar von einem Vergleich der Fig. 2 mit der Fig. 1, daß das zweite Ausführungsbeispiel dadurch erhalten wird, daß der Spannungsfolger 6 des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 1) durch einen Emitterfolger 14, welcher einen Transistor 12 und einen Emitterwiderstand 13 umfaßt, ersetzt wird. Die Betriebsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt einen Lautstärkesteuerschaltkreis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel kann dadurch erhalten werden, daß das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 2) so abgeändert wird, daß die Steuerspannung, welche an die Basis des Transistors 12 (Fig. 2) angelegt wird, durch die Ableitwiderstände 15 und 16 bereitgestellt wird. Die Betriebsweise des dritten Ausführungsbeispiels ist ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 1 gezeigt ist.

Es wird klar von der obenstehenden Beschreibung, daß es in dem Steuerschaltkreis nach der Erfindung unnötig ist, die Signalleitungen zu dem Bedienungsfeld zu verlängern und daß die Lautstärke "ein/aus" -Steuerung dadurch erzielt werden kann, daß lediglich die elektronischen Schaltelemente ein- und ausgeschaltet werden. Daher verhindert der erfindungsgemäße Lautstärkeschaltkreis eine Verringerung des Signal/Rausch-Pegels des Schallsignals und erlaubt die Steuerung der Lautstärke der Hochfrequenzkomponenten und der Niedrigfrequenzkomponenten.

Claims (5)

1. Gehörrichtiger Lautstärkesteuerschaltkreis mit
einer Eingangsklemme zum Einspeisen eines Tonsignals,
einem variablen Lautstärkeeinstellwiderstand (1) mit einem zentralen Abgriff, welcher zwischen der Eingangsklemme und Masse verschaltet ist,
einem Kondensator (2a) zum Durchlassen hoher Frequenzen mit einem ersten Ende, welches mit der Eingangsklemme verbunden ist,
einem Pufferschaltkreis (6; 14), der eine geringe Ausgangsimpedanz aufweist und dessen Eingang mit einem zweiten Ende des Kondensators zum Durchlassen hoher Frequenzen (2a) verbunden ist,
einem Kondensator (3) zum Blocken tiefer Frequenzen, einem Schutzwiderstand (8) und einem Nebenschlußwiderstand (4), wobei diese Elemente in der genannten Reihenfolge seriell zwischen dem Ausgang des Pufferschaltkreises und dem zentralen Abgriff des Lautstärkeeinstellwiderstandes verschaltet sind,
einem elektronischen Schaltelement (10) mit einem ersten Ende, welches mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schutzwiderstand (8) und dem Nebenschlußwiderstand (4) und mit einem zweiten Ende, das mit Masse verbunden ist,
wobei eine gehörrichtige Lautstärkesteuerung des Lautstärkesteuerschaltkreises durch das elektronische Schaltelement (10) an- und ausschaltbar ist.

2. Lautstärkesteuerschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der Pufferschaltkreis einen Spannungsfolger (6) mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 1, eine annähernd unendliche Eingangsimpedanz und eine Ausgangsimpedanz von etwa 0 aufweist.

3. Lautstärkesteuerschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der Pufferschaltkreis einen Emitterfolger mit einem Transistor (12) und einem Emitterwiderstand (13) aufweist.

4. Lautstärkesteuerschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der Pufferschaltkreis eine Spannungsquelle (Vcc), einen Emitterfolger (12, 13), der mit der Spannungsquelle verschaltet ist, einen ersten Entladungswiderstand (15), der zwischen der Spannungsquelle und einem Basisanschluß des Emitterfolgers verbunden ist, und einen zweiten Entladungswiderstand (16), der zwischen der Basis des Emitterfolgers und Masse verbunden ist, aufweist.

5. Lautstärkesteuerschaltkreis nach einem der Anspruche 1 bis 4, bei dem das Schaltelement (10) ein bipolarer Transistor ist, der über seinen Basisanschluß ein- und ausschaltbar ist.