DE4314451A1 - Anordnung zur geräuschabhängigen Regelung der Lautstärke eines Autoradios - Google Patents
Anordnung zur geräuschabhängigen Regelung der Lautstärke eines AutoradiosInfo
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- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/32—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices the control being dependent upon ambient noise level or sound level
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur geräuschabhängigen
Regelung der Lautstärke eines Autoradios, wobei mindestens
ein Mikrofon im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet
ist und aus den vom Mikrofon erzeugten Signalen eine
Führungsgröße abgeleitet wird.
Um die Anpassung der Lautstärke eines Autoradios an den
Geräuschpegel im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs zu
ermöglichen, sind verschiedene Verfahren und Anordnungen
bekanntgeworden. In DE 37 30 763 wird eine Schaltung zur
Geräuschkompensation beschrieben, bei welcher ein von einem
Mikrofon im Fahrgastraum aufgenommenes Störsignal in
verschiedenen Frequenzbereichen mit dem Nutzsignal
verglichen wird. Die Vergleichsergebnisse werden wiederum
getrennt für die jeweiligen Frequenzbereiche zur Regelung
der Lautstärke verwendet. Zur Erzeugung einer Führungsgröße
werden zwar dabei die vom Mikrofon zusätzlich zu den
Störsignalen aufgenommenen Nutzsignale berücksichtigt, eine
weitere Analyse der Störsignale findet jedoch nicht statt.
Gleiches gilt für die Schaltung zur störgeräuschabhängigen
Lautstärkeregelung wie sie in DE 37 41 253 beschrieben wird.
So werden bei der bekannten Schaltung zwar
Störgeräuschanteile berücksichtigt, die es zu maskieren
gilt. Diese werden beispielsweise durch folgendes
verursacht: Abrollen der Räder auf wechselndem
Fahrbahnbelag, Wind, Motor, Auspuffanlage, offenes Fenster
bzw. Schiebedach, Ventilator und vieles andere mehr. Bei der
bekannten Schaltung wird jedoch auch die Sprache zwischen
den Kraftfahrzeuginsassen als Störgeräusch gewertet. Dieses
führt dazu, daß beim Reden eines oder mehrerer der
Kraftfahrzeuginsassen die Lautstärke heraufgesetzt wird.
Daraufhin spricht der Kraftfahrzeuginsasse in der Regel
lauter, um das Autoradio zu übertönen, dessen Lautstärke
wieder entsprechend aufgeregelt wird. Im Extremfall muß der
Kraftfahrzeuginsasse regelrecht gegen das Autoradio
anschreien.
Es ist zwar bereits bekannt (DE 38 30 423 C2), Störgeräusche
lediglich im Infraschallbereich (4 Hz bis 12 Hz) auszuwerten.
Da dieses Frequenzband unterhalb der Frequenzen der
menschlichen Sprache liegt, entfällt somit das obengenannte
Problem. Es liegen allerdings auch viele Störgeräusche
oberhalb dieses Frequenzbereichs, beispielsweise
Motordrehzahl, Windgeräusche und das Geräusch des
Ventilators. Eine derartige Lautstärkeregelung reagiert
daher unzureichend auf Störgeräusche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung
zur geräuschabhängigen Regelung der Lautstärke eines
Autoradios vorzuschlagen, die weitgehend alle auftretenden
Störgeräusche berücksichtigt, jedoch nicht auf Sprache
anspricht.
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung
dadurch gelöst, daß Mittelwerte des Betrages der
Störsignalamplituden über vorgegebene Zeiten gebildet werden
und daß die Führungsgröße aus denjenigen Mittelwerten
abgeleitet wird, die unterhalb jeweils zuvor gebildeter
Mittelwerte liegen.
Der erfindungsgemäßen Anordnung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß einzelne Sprachimpulse stets von Pausen
unterbrochen sind. So haben umfangreiche Versuche ergeben,
daß die durchschnittliche Länge von Sprachimpulsen zwischen
50 ms und 200 ms, allenfalls maximal 800 ms beträgt und daß
die Pausen im Bereich zwischen 20 ms und 40 ms liegen. Die
angegebenen Bereiche ergeben sich aus individuellen
Unterschieden von Sprecher zu Sprecher, aus dem Geschlecht
des Sprechers und der jeweils gesprochenen Sprache, wie
Deutsch, Englisch oder Französisch. Außerdem ergeben sich im
wesentlichen innerhalb der obengenannten Grenze Unterschiede
zwischen Monologen und Gesprächen mehrerer Teilnehmer.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die
vorgegebene Zeit für die Mittelwertbildung etwa 20 ms
(= minimale Sprachpausenlänge) beträgt, hat sich durch
Versuche bestätigt.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Führungsgröße während derjenigen Zeitabschnitte, während der
die Mittelwerte nicht kleiner als die jeweils zuvor
gebildeten Mittelwerte sind, jeweils um ein zulässiges Maß
erhöht wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß alle
anzutreffenden relevanten Fahrgeräuschanstiege
(Beschleunigen, Fenster öffnen, Verschlechterung des
Fahrbahnbelages usw.) hinreichend schnell bei der Bildung
der Führungsgröße berücksichtigt werden. Ein Abnehmen der
Fahrgeräuschpegel wird ohne Verzögerung sofort nachgeführt.
Insbesondere wenn bei dieser Weiterbildung das zulässige Maß
ein Faktor zwischen 1,01 und 1,03 ist, liegt der Anstieg der
Lautstärke während typischer Sprachimpulse mit 50 ms bis
200 ms Länge unterhalb der Grenze des
Lautstärkeunterscheidungsvermögens des menschlichen Gehörs.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht
darin, daß kurze Störimpulse sich nicht nennenswert auf die
Lautstärkeregelung auswirken, wie beispielsweise
Türzuschlagen, Überfahren einzelner Schlaglöcher, kurzes
Hupen, Berühren des Mikrofons.
Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung
möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung,
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Programms zur Bildung der
Führungsgröße und
Fig. 3 Spannungszeitdiagramme von bei der Anordnung nach Fig. 1
auftretenden Signalen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind nur diejenigen
Teile des Autoradios schematisch dargestellt, die zum
Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Die vom Benutzer aktivierte NF-Quelle 1 im Auto
(Radioempfänger, Tonband, Cassette, DCC, DAT, CD, MD oder
Autotelefon bei Integration ins Autoradiosystem) gibt das
NF-Signal über ein automatisch geregeltes NF-Stellglied 2 an
den manuellen Lautstärkesteller 3. Nach Verstärkung in einer
Endstufe 4 wird das NF-Signal einem Lautsprecher 5
zugeführt, der das akustische Nutzsignal N in den
Fahrgastraum 30 eines Kraftfahrzeugs abstrahlt.
Das NF-Stellglied 2 beinhaltet in an sich bekannter Weise
Schaltungen (Equalizer) zur Steuerung des Pegels der
NF-Signale innerhalb verschiedener Frequenzbereiche. Ein im
Fahrgastraum angeordnetes Mikrofon 6 nimmt das vom
Lautsprecher 5 abgestrahlte und durch Dämpfung und
Reflexionen im Fahrgastraum beeinflußte Nutzsignal N′, ein
Geräuschsignal G und Sprache Sp der Fahrzeuginsassen auf. An
das Mikrofon 6 ist nach einem Verstärker 7 und einem Bandpaß
8a ein Analog/Digital-Wandler 9a angeschlossen, welcher
digitale Signale M(i) = N′(i)+Sp(i)+G(i) einer
Schaltungsanordnung 10 zuführt.
Die Schaltungsanordnung 10 dient zur Elimination des
akustischen Nutzsignals N′(i) aus dem Mikrofonsignal M(i).
Dazu wird das elektrische Nutzsignal N(i) genau wie das
Mikrofonsignal über einen Bandpaß 8b und einen
Analog/Digital-Wandler 9b ebenfalls der Schaltungsanordnung
10 zugeführt. N(i) wird dann durch ein im einzelnen nicht
dargestelltes Adaptivfilter so bearbeitet, daß es dem
akustischen Nutzsignal N′(i) entspricht, und von M(i)
anschließend subtrahiert. Dazu muß das Adaptivfilter die
akustische zeitvariante Übertragungsfunktion des
Autoinnenraums nachbilden, was durch Adaption mittels
LMS-Algorithmus mit folgender Grundgleichung realisiert
wird: M(i)-N(i)*Adaptionsfilter sei so klein wie möglich.
Die genaue Anwendung des LMS-Algorithmus für diesen Einsatz
wird in DE 37 41 253 beschrieben. Die Adaptivfilter mit
ihrem LMS-Algorithmus sind doppelt ausgeführt, um die in dem
Mikrofonsignal M(i) enthaltene überlagerte Stereoinformation
N′(i) durch die im elektrischen Nutzsignal N(i) unabhängig
voneinander vorliegenden rechten und linken Anteile getrennt
herauszufiltern.
Als Ergebnis, das dem verbleibenden Schätzfehler nach
Adaptivfilterung über den LMS-Algorithmus entspricht, liegt
am Ausgang der Schaltungsanordnung 10 das Signal
S(i) = M(i)-N′(i) = Sp(i)+G(i) vor. Es enthält demnach nur
noch die durch den Fahrbetrieb erzeugten Geräusche G(i) und
die Sprache Sp(i) im Innenraum, deren Einfluß es im
nachfolgenden Schaltungsteil 11 zu eliminieren gilt.
Dort wird - wie im folgenden noch näher beschrieben - aus
dem Eingangssignal S(i) eine Führungsgröße F(i) abgeleitet,
die nur noch von G(i) abhängt, in der also der Spracheinfluß
eliminiert wurde.
Die Führungsgröße F(i) schließlich wird einem Regler 12
zugeführt. In diesem werden sowohl F(i) als auch N(i)
getrennt voneinander über einen Spitzenwertdemodulator
(VZ1-Glied) und eine Linear/Logarithmus-Umrechnung geleitet,
bevor sie voneinander subtrahiert werden. Das Ergebnis
stellt dar, um wieviel der Spitzenwert des Nutzsignals zur
Zeit über oder unter dem Spitzenwert des Fahrgeräusches
liegt. Dazu wird ein vom Benutzer einstellbarer gewünschter
Wert addiert (Sollgröße Lautstärkeabhebung in dB) und dieses
Ergebnis über ein Integrationsglied im Regler 12 (zur
Stabilisierung des Regelverhaltens) und einen Begrenzer 13
als Stellgröße auf die entsprechenden Frequenzbänder des
NF-Stellgliedes 2 (Equalizer) geleitet. Das Grundverfahren
dieses Reglers wird in DE 37 30 763 beschrieben.
Die Begrenzerschaltung 13 erfüllt dabei folgende Funktionen:
der minimale Wert der Pegelanhebung (Stellgröße) in allen
Frequenzbändern wird auf Null begrenzt, so daß das
Nutzsignal auch bei sehr leisem Fahrgeräusch oder bei
stehendem Auto immer mit der Grundlautstärke widergegeben
wird, die der Benutzer über den manuellen Lautstärkesteller
3 des Autoradios eingestellt hat. Der maximale Wert der
Pegelanhebung wird auf 30 dB oberhalb dieser Grundlautstärke
begrenzt, um zu verhindern, daß der Nutzsignalpegel bei sehr
hohen Fahrgeräuschpegeln allein durch die Regelung von
Benutzer ungewollt einen Wert erreichen kann, der auf Dauer
das Gehör schädigen würde.
Damit ist der Regelkreis geschlossen. Die primäre
Regelgleichung lautet: Pegel von F(i) minus Pegel von N(i)
plus Soll-Lautstärkeabhebung sei gleich 0 dB. Daraus ergibt
sich der aktuelle Lautstärkepegel von N als Summe von
Fahrgeräuschpegel plus gewünschter Pegelabhebung zur
Vermeidung der akustischen Maskierung des Nutzsignals durch
das Fahrgeräusch.
Zur Vereinfachung des Schaltbildes wurde in Fig. 1 nicht
eingezeichnet, daß N(i) und S(i) jeweils in eine Reihe von
Frequenzbereichen unterteilt werden. Die Schaltungsteile 11
bis 13 sind für jeden dieser Frequenzbereiche getrennt
ausgeführt, da sich das Störverhalten eines Autos im
Fahrbetrieb in unterschiedlichen Frequenzbereichen anders
verhält (vgl. DE 37 30 763 und DE 37 41 253) und man nur
diejenigen Frequenzbereiche mittels Equalizer 2 anheben
möchte, die sonst tatsächlich akustisch verdeckt würden. Die
Schaltungsanordnungen 10 bis 13 bestehen in vorteilhafter
Weise aus einem digitalen Signalprozessor.
Fig. 2 zeigt in Form eines Flußdiagramms die
Signalverarbeitung, die in der Schaltungsanordnung 11 zur
Bildung der Führungsgröße F führt. Nach einer
Initialisierung des Programms bei 14, bei der das Signal
F(0) auf die größte darstellbare Zahl und ein Zähler i auf 1
gesetzt wird, wird bei 15 ein Abtastwert des Signals S(i)
vom Ausgang des Adaptivfilters 10 übernommen. Bei 16 wird
der Betrag dieses Abtastwertes gebildet, worauf bei 17 der
Betrag des Abtastwertes zu der bisherigen Summe der Beträge
der Abtastwerte hinzuaddiert wird.
Danach wird das Programm bei 18 in Abhängigkeit davon
weitergeführt, ob der Zähler i den Wert k erreicht hat. k
ist ein Vielfaches der Periode, mit welcher jeweils ein
neuer Wert S(i) eingelesen wird, wodurch sich die Zeit der
Mittelwertbildung ergibt - im dargestellten
Ausführungsbeispiel 20 ms. Solange i noch nicht den Wert k
erreicht hat, wird i bei 19 inkrementiert und bei 15 ein
neuer Abtastwert S(i) eingelesen. Hat jedoch i den Wert k
erreicht, so wird bei 20 der Mittelwert = ΣS/k gebildet.
Eine anschließende Verzweigung 21 ist davon abhängig, ob
F(0) ist. Ist dieses der Fall, was in der Regel einer
Sprachpause entspricht, wird bei 22 der Wert F(1) der
Führungsgröße gleich gesetzt.
Ist nicht kleiner als F(0), so wird die Führungsgröße um
einen Anstiegsfaktor dadurch erhöht, daß bei 23
F(1) = F(0) · 1,0183 gesetzt wird. Bei 24 wird F(1) dann an
den Regler 11 (Fig. 1) ausgegeben und bei 25 der neue Wert
F(1) der Führungsgröße als F(0) abgelegt. Im Programmteil 26
wird dann i wieder auf 1 gesetzt, worauf im Programmteil 15
wieder ein Abtastwert eingelesen wird.
Fig. 3 zeigt im oberen Teil ein Oszillogramm der durch das
Mikrofon aufgenommenen Signale S und im unteren Teil den
zeitlichen Verlauf der daraus abgeleiteten Führungsgröße F.
Der Zeitmaßstab beträgt 5 s/Teilung. In einem ersten
Zeitabschnitt 31 wird bei stehendem Fahrzeug ein Satz
gesprochen. Daraufhin erfolgt in einem Zeitabschnitt 32 eine
Beschleunigung des Fahrzeugs und anschließend eine Fahrt mit
konstanter Geschwindigkeit. In den Zeitabschnitten 33 und 34
werden bei stehendem Fahrzeug Händeklatschen und
Türzuschlagen aufgenommen. Im Zeitabschnitt 35 erfolgt ein
Wechsel zwischen Beschleunigung und Bremsen.
Die Führungsgröße F behält während der Zeitabschnitte 31, 33
und 34 den Wert 0 bei, da Sprache und kurze Geräusche, wie
Händeklatschen und Türzuschlagen, sich nicht auf die
Ableitung der Führungsgröße auswirken. Die Lautstärke wird
also während dieser Zeitabschnitte gegenüber der
eingestellten Lautstärke nicht erhöht. Der aus Fig. 3
ersichtliche langsamere Anstieg der Führungsgröße gegenüber
dem Anstieg der Störgeräusche beim Fahren hat sich bei
praktischen Versuchen nicht als nachteilig ergeben.
Claims (8)
1. Anordnung zur geräuschabhängigen Regelung der
Lautstärke eines Autoradios, wobei mindestens ein Mikrofon
im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und aus
den vom Mikrofon erzeugten Signalen eine Führungsgröße
abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittelwerte des
Betrages der Störsignalamplituden über vorgegebene Zeiten
gebildet werden und daß die Führungsgröße aus denjenigen
Mittelwerten abgeleitet wird, die unterhalb jeweils zuvor
gebildeter Mittelwerte liegen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorgegebene Zeit etwa 20 ms beträgt.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Führungsgröße während derjenigen
Zeitabschnitte, während der die Mittelwerte nicht kleiner
als die jeweils zuvor gebildeten Mittelwerte sind, jeweils
um ein zulässiges Maß erhöht wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das zulässige Maß ein Faktor zwischen 1,01 und 1,03 ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrofon (6) ein Bandpaß (8a)
mit einem Durchlaßbereich von etwa 120 Hz bis 3 kHz
nachgeschaltet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signale in digitale Signale
umgewandelt werden und daß die Führungsgröße mit Hilfe eines
digitalen Signalprozessors abgeleitet wird.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Führungsgröße
abgeleitete Stellgröße auf Werte zwischen einem Minimalwert
und einem Maximalwert begrenzt wird, wobei der Minimalwert
eine, vorzugsweise einstellbare, Grundlautstärkeeinstellung
bewirkt, die auch ohne vom Mikrofon aufgenommene Geräusche
vorliegt, und der Maximalwert eine gehörschädigende
Lautstärke verhindert.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwertbildung und die
Ableitung der Führungsgröße sowie eine anschließende
Regelung getrennt für verschiedene Frequenzbereiche
vorgenommen wird.
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Legal Events
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8141 | Disposal/no request for examination |