EP2728905A2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons sowie System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons sowie System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung Download PDF

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EP2728905A2
EP2728905A2 EP20130187699 EP13187699A EP2728905A2 EP 2728905 A2 EP2728905 A2 EP 2728905A2 EP 20130187699 EP20130187699 EP 20130187699 EP 13187699 A EP13187699 A EP 13187699A EP 2728905 A2 EP2728905 A2 EP 2728905A2
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EP
European Patent Office
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signal
microphone
circuit arrangement
test
stage
Prior art date
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EP20130187699
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EP2728905B1 (de
EP2728905A3 (de
Inventor
Ralf Eimertenbrink
Joerg Oberlaender
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/004—Monitoring arrangements; Testing arrangements for microphones

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement and a method for testing a microphone.
  • the invention further relates to a system for operating a microphone with such a circuit arrangement.
  • a method for functional testing of a microphone and a Mikrofonprüf consensus are known.
  • at least one speaker is arranged in a fixed assignment to the microphone and assigned a test signal whose signal frequency is within the working frequency range of the microphone.
  • the phase difference between the microphone output signal and the test signal is measured and compared with a setpoint. If the phase difference is within a tolerance range of the setpoint, then the functionality of the microphone is affirmative, in the other case it is negated.
  • the method is suitable for automating the testing process, which can be triggered and evaluated by a microphone remote location.
  • At least three substantially identical loudspeakers are preferably arranged at the same distance around the microphone and at the same distance from one another and are occupied by the test signal. By multiplying the loudspeakers, it is possible to compensate for errors caused by different wind directions in microphones installed outdoors.
  • the invention has the object to provide a circuit arrangement and a method for testing a microphone, which reduce the required circuit complexity.
  • the invention also has the object of providing a system for operating a microphone with such a circuit arrangement in which such a method can be used.
  • a circuit arrangement for testing a microphone comprising at least a test signal generating stage, by which the microphone can be acted upon by a test AC voltage, and an evaluation stage, the one tapped by the microphone measurement signal, in particular after a pre-amplification, as well as a setpoint signal can be supplied and which is designed to output a information about a possible defect of the microphone containing result signal.
  • the invention enables a fast, simple and precise testing of the microphone with little circuit complexity.
  • the expensive, voluminous and energy dissipating loudspeakers used in the above-cited prior art are replaced by a very compact, simply constructed circuit arrangement, which can also be combined by structural, in particular semiconductor integration, preferably with other modules connected to the microphone, that an additional space requirement practically no longer appears.
  • the operation of the circuit arrangement according to the invention causes only a minimal power consumption.
  • the use of a test AC voltage also allows a simple separation between the measurement signal and DC currents in the microphone and thus allows easy measurement without offset error.
  • the evaluation stage for detecting an amplitude of the measurement signal, for forming therefrom an amplitude signal and for comparing the amplitude signal with the setpoint signal and for generating the result signal from this comparison is configured.
  • the evaluation stage can be used both for analog and for digital signal processing and signal evaluation.
  • the circuit arrangement according to the invention is characterized in that the test signal generating stage is configured to apply the test AC voltage to the microphone via at least one series impedance. This is preferably at least one high-impedance series impedance.
  • a current feed is effected in the microphone, so that tapped as a measurement signal directly caused by the test AC voltage AC voltage to microphone connections can be.
  • a supply of the test alternating voltage that takes place in this way is short-circuit proof.
  • different error cases of the microphone which make themselves noticeable as idling at the microphone terminals, as a short circuit between the microphone terminals or as a short circuit between at least one of the microphone terminals and ground, can be precisely and uniquely detected by evaluating the measurement signal.
  • the test signal generation stage is designed to generate an at least substantially rectangular test AC voltage.
  • a rectangular test alternating voltage can be further processed both with analog and with digital signal processing and is furthermore simple and preferred by a device processor, by means of which the circuit arrangement according to the invention as well as further modules, with which the microphone can be coupled in a system for audio signal processing, can be controlled digitally generated.
  • the evaluation stage comprises a rectifier arrangement for rectifying the measurement signal, in particular the measurement signal after a preamplification. This allows a simple determination of the amplitude signal, in particular for analog processing of the measurement signal.
  • the evaluation stage comprises a comparison circuit for comparing the amplitude signal with the desired value signal and generating the result signal from this comparison, and the comparison circuit is designed to generate the result signal containing information about a possible defect of the microphone the amplitude signal is larger or smaller by a predefinable difference than the reference signal.
  • the amplitude signal is thus compared with a tolerance range for the setpoint signal. If the value of the amplitude signal falls within this tolerance range, a perfect function of the microphone is detected. On the other hand, if the value of the amplitude signal is outside, i. below or above this tolerance range, a faulty function or a defect of the microphone is detected. At a line break or contact break, which is idle, the amplitude signal assumes values above the tolerance range. In the event of a short circuit between the microphone terminals, the amplitude signal assumes values below the tolerance range of the setpoint signal.
  • the circuit arrangement according to the invention is advantageously characterized by a microphone preamplifier stage whose input is connected to the microphone and its output both to the evaluation stage and to an audio signal processing circuit and which is adapted to selectively amplify the measurement signal or one from the microphone delivered audio useful signal. Since such a microphone preamplifier stage is generally provided anyway in connection with an audio signal processing circuit, no additional circuit complexity is required for the amplification of the measurement signal.
  • microphone preamplifier stages are preferably designed to be DC-coupled by the design of the microphone. This results in no additional circuit complexity for the acquisition of the measurement signal at the same time with a separation between DC or DC components on the microphone and the output from the microphone audio signal useful also a separation of Measuring signal from the DC or DC components and thus a suppression of possible offset error.
  • the evaluation stage is comprised by the audio signal processing circuit. This is preferably advantageous in the case of digital audio signal processing, because this means that already existing modules can be used twice and in this way circuit expenditure is saved.
  • a system for operating a microphone in particular a dynamic microphone, comprising at least a microphone for outputting an audio useful signal, an audio signal processing circuit for processing the audio useful signal and an audio signal reproduction device, the system a circuit arrangement of the type described above for testing the microphone includes.
  • the system may further comprise further subassemblies which serve to process or forward an audio payload signal processed in the audio signal processing circuit, e.g. a telephone unit for transmitting the recorded audio signal from the microphone in a telephone connection.
  • FIG. 1 comprises a circuit arrangement 100 for testing a microphone 110, in particular a dynamic microphone, a test signal generating stage 120, by which the microphone 110 with a test AC voltage, preferably in the low frequency range, can be acted upon.
  • the circuit arrangement 100 comprises an evaluation stage 130 which transmits a measurement signal, which can be picked up by the microphone 110, via a measurement signal input 131 and a setpoint signal via a setpoint signal input 132 can be fed.
  • the evaluation stage 130 is configured to output a result signal containing information about a possible defect of the microphone 110 on a result signal output 133.
  • the above elements are part of a system for operating the microphone 110 which, in addition to the microphone 110 for outputting an audio useful signal, also comprises an audio signal processing circuit 150 for processing the audio useful signal. Then, as in FIG. 3 In more detail, an audio signal playback device 160 or further modules may be included, which serve to process or forward a audio signal processed in the audio signal processing circuit 150, eg a telephone unit 170 for transmitting the audio signal picked up by the microphone 110 into a telephone connection. This in FIG.
  • the system shown also comprises a microphone preamplifier stage 180, whose input formed by two input terminals 181, 182 is connected to the microphone 110 and its output 183 to both the evaluation stage 130 and the audio signal processing circuit 150 and which is adapted to selectively amplify the measurement signal or an output from the microphone 110 audio useful signal.
  • a microphone preamplifier stage 180 whose input formed by two input terminals 181, 182 is connected to the microphone 110 and its output 183 to both the evaluation stage 130 and the audio signal processing circuit 150 and which is adapted to selectively amplify the measurement signal or an output from the microphone 110 audio useful signal.
  • the test signal generation stage 120 includes a signal source 121 which outputs a rectangular control voltage.
  • the signal source 121 is connected to an input terminal 122 of a transistor network, which is designed as a switch.
  • a transistor network which is designed as a switch.
  • a first transistor 123 in the embodiment according to FIG. 1 implemented as a PNP transistor, and a second transistor 124, designed as an NPN transistor, as switches, which are connected in series with a first and a second series impedance 125, 126 and the microphone 110 between a supply voltage terminal 127 and ground 128.
  • a third transistor 129 implemented as an NPN transistor, forms a voltage inverter for inverting the first transistor 123 at its base terminal from the input terminal 122 to be supplied control voltage.
  • the base terminals of the three transistors 123, 124 and 129 are connected to resistor voltage dividers for operating point adjustment.
  • the first and second transistors 123, 124 are alternately both conducting or non-conducting.
  • the microphone 110 is acted upon at its terminals by a test alternating voltage varying with the rectangular control voltage.
  • FIG. 2 shows as a section of FIG. 1 in a simplified representation, the series connection of the two series impedances 125, 126 and the microphone 110 between the supply voltage terminal 127 and ground 128.
  • the transistors 123, 124 are assumed to be in the conductive state befind Anlagen and therefore not shown.
  • UP designated test voltage which is preferably a test AC voltage.
  • the current caused by it through the series connection generates between the terminals of the microphone 110 a tapped from these terminals measurement signal UM.
  • the resistance values of the series impedances 125, 126 are high relative to the internal resistance of the microphone 110.
  • the microphone 110 can be impressed with a defined test current, which is preferably a test alternating current, even with a low current intensity to the extent that the type of microphone 110 has such a current intensity allows.
  • the terminals of the microphone 110 are connected to the input terminals 181 and 182 of the microphone preamplifier stage 180, respectively.
  • the input terminals 181, 182 are each connected via a coupling capacitor 184, 185 and an input resistor 186, 187 to inputs of an operational amplifier 188, which is connected to two RC elements 189, 190 and whose output terminal is the output terminal 183 of the microphone preamplifier stage 180 forms.
  • an operational amplifier 188 which is connected to two RC elements 189, 190 and whose output terminal is the output terminal 183 of the microphone preamplifier stage 180 forms.
  • the evaluation stage 130 also contains on the input side a coupling capacitor 134 for disconnecting DC components at the output terminal 183.
  • the measuring signal input 131 is connected via a series resistor 135 to a peak rectifier 136 formed in the present embodiment from two diodes.
  • the peak rectifier 136 supplies the amplitude signal via a smoothing stage 137 to an amplitude signal output 138 of the evaluation stage 130.
  • Coupling capacitor 134, series resistor 135, peak rectifier 136 and smoothing stage 137 together form a rectifier arrangement.
  • the evaluation stage 130 further comprises a comparison circuit 140 for comparing the amplitude signal from the amplitude signal output 138 with the setpoint signal, which can be supplied via the setpoint signal input 132.
  • the result signal obtained from this comparison is output via the result signal output 133.
  • the result signal provides information about a possible defect of the microphone 110 when the amplitude signal is larger or smaller by a predetermined difference than the reference signal, i. leaves a tolerance range around the setpoint signal.
  • the output terminal 183 of the microphone preamplifier stage 180 is further connected to the input of the audio signal processing circuit 150.
  • the audio useful signal is supplied from the microphone 110 via the microphone preamplifier stage 180 of the audio signal processing circuit 150 and from this to Playback, recording or the like via an output terminal 151 delivered.
  • FIG. 3 shows a modification of the system of FIG. 1 especially for use in digital audio signal processing.
  • the test signal generation stage 120 and the microphone preamplifier stage 180 are unchanged.
  • a digital audio signal processing circuit 250 is applied, which is fed via the output terminal 183 of the microphone preamplifier stage 180, both the audio useful signal in regular operation and the measurement signal during the testing of the microphone 110.
  • the audio signal processing circuit 250 comprises means for determining the amplitude signal, comparing with a setpoint signal and forming a result signal.
  • the audio signal processing circuit 250 also has two output terminals 251, 252, via which the above-mentioned audio signal playback device 160 and the telephone unit 170 corresponding audio payload signals are fed.
  • the system according to FIG. 3 is controlled by a control circuit 210, which is formed for example by a device processor. On the one hand, this supplies the rectangular control voltage to the input terminal 122 and, on the other hand, controls the audio signal processing circuit 250 via a control line 211.
  • the audio signal processing circuit 250 as shown in FIG. 1 again be connected to the result signal output via which the result signal is output.
  • FIG. 3 a variant is shown, according to which the result signal output 133 is connected to the control circuit 210.
  • the result signal is passed here by the audio signal processing circuit 250 via the control line 211 to the control circuit 210 and delivered only from this.
  • the circuit arrangement according to the invention can preferably be used for testing dynamic microphones, since a DC-decoupled AC amplifier is provided as a microphone preamplifier stage for them in principle.
  • this amplifier serves to amplify the measurement signal during the test procedure. Due to the DC decoupling, the circuit arrangement is robust against offset errors and very accurate in the gain of the measured variable.
  • the supply of the very small test alternating current in the microphone is high-impedance and is therefore robust against short circuits against the supply voltage and ground.
  • the additional circuit complexity for the test is low because already existing circuit parts are used.
  • the audio useful signal of the microphone in the microphone preamplifier stage is potential-free and symmetrically amplified.
  • the amplified audio payload signal for reproduction e.g. for a hands-free telephone or passenger announcement in a vehicle
  • the audio signal playback device e.g. formed by vehicle speakers, or supplied to a telephone unit.
  • the test signal generation stage and the evaluation stage have no influence on the signal processing of the audio user signal.
  • the pulse to pause ratio of the test AC voltage i. the rectangular control voltage at the input terminal 122 of the transistor network in the test signal generation stage, 120
  • the nominal impedance range of the circuit arrangement for testing the microphone can be varied. This makes it possible to carry out a flexible measurement or test over a wide impedance range of the microphone to be tested.

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Abstract

Um eine schnelle, einfache und präzise Prüfung eines Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, mit geringem Schaltungsaufwand zu ermöglichen, wird eine Schaltungsanordnung (100; 200) zum Prüfen eines derartigen Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, vorgeschlagen, die wenigstens eine PrüfsignalErzeugungsstufe (120), durch die das Mikrofon (110) mit einer Prüfwechselspannung (UP) beaufschlagbar ist, sowie eine Auswertestufe (130) umfasst, der ein vom Mikrofon (110) abgreifbares Messsignal (UM), insbesondere nach einer Vorverstärkung, sowie ein Sollwertsignal zuführbar sind und die zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons (110) enthaltenden Ergebnissignals ausgestaltet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons. Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung.
  • Aus der DE 36 36 720 A1 sind ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Mikrofons sowie eine Mikrofonprüfeinrichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wird mindestens ein Lautsprecher in fester Zuordnung zum Mikrofon angeordnet und mit einem Prüfsignal belegt, dessen Signalfrequenz im Arbeitsfrequenzbereich des Mikrofons liegt. Es wird die Phasendifferenz zwischen dem Mikrofonausgangssignal und dem Prüfsignal gemessen und diese mit einem Sollwert verglichen. Liegt die Phasendifferenz innerhalb eines Toleranzbereichs des Sollwertes, so wird die Funktionsfähigkeit des Mikrofons bejaht, im anderen Fall verneint. Das Verfahren ist zur Automatisierung des Prüfvorgangs geeignet, der von einem mikrofonfernen Ort ausgelöst und ausgewertet werden kann. Mit dem bekannten Verfahren soll es ermöglicht werden, insbesondere bei Schallmessanlagen, in welchen eine große Anzahl von Mikrofonen unbemannt eingesetzt werden, wie z.B. bei Schallmessanlagen zum Orten von Schallereignissen, gleichzeitig die Funktionsfähigkeit mehrerer Einzelmikrofone an verschiedenen Orten vor Inbetriebnahme der Schallmessanlage und auch während des laufenden Messbetriebs zu prüfen, damit das Messergebnis nicht durch defekte Mikrofone verfälscht wird. Bevorzugt werden bei diesem Verfahren mindestens drei im Wesentlichen identische Lautsprecher in gleichem Abstand um Mikrofon und in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet und mit dem Prüfsignal konphas belegt. Durch die Vervielfachung der Lautsprecher können Fehler, die in im Freien installierten Mikrofonen durch unterschiedliche Windrichtungen hervorgerufen werden, kompensiert werden.
  • Durch die feste Zuordnung mindestens eines, bevorzugt aber mehrerer Lautsprecher zu jedem Mikrofon ergibt sich für die bekannte Mikrofonprüfeinrichtung insgesamt ein ungünstig hoher Schaltungsaufwand.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons zu schaffen, die den erforderlichen Schaltungsaufwand verringern. Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein System zum Betreiben eines Mikrofons mit einer derartigen Schaltungsanordnung zu schaffen, in dem ein solches Verfahren angewandt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Prüfen eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend eine Prüfsignal-Erzeugungsstufe, durch die das Mikrofon mit einer Prüfwechselspannung beaufschlagbar ist, sowie eine Auswertestufe, der ein vom Mikrofon abgreifbares Messsignal, insbesondere nach einer Vorverstärkung, sowie ein Sollwertsignal zuführbar sind und die zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals ausgestaltet ist.
  • Die Erfindung ermöglicht eine schnelle, einfache und präzise Prüfung des Mikrofons mit geringem Schaltungsaufwand. Insbesondere werden die im vorstehend zitierten Stand der Technik verwendeten, teuren, voluminösen und energieverzehrenden Lautsprecher durch eine sehr kompakte, einfach aufgebaute Schaltungsanordnung ersetzt, die zudem durch bauliche, insbesondere Halbleiterintegration, bevorzugt mit anderen, mit dem Mikrofon verbundenen Baugruppen, derart zusammengefasst werden kann, dass ein zusätzlicher Platzbedarf praktisch nicht mehr in Erscheinung tritt. Dabei verursacht der Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nur einen minimalen Stromverbrauch. Die Verwendung einer Prüfwechselspannung erlaubt darüber hinaus eine einfache Trennung zwischen dem Messsignal und Gleichströmen im Mikrofon und ermöglicht so eine einfache Messung ohne Offsetfehler.
  • Gemäß einer bevorzugen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Auswertestufe zum Detektieren einer Amplitude des Messsignals, zum daraus Bilden eines Amplitudensignals und zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich ausgestaltet. Dadurch wird eine einfache und offsetfreie Bildung des Amplitudensignals erreicht. Eine derartige Ausgestaltung der Auswertestufe ist sowohl für eine analoge als auch für eine digitale Signalverarbeitung und Signalauswertung einsetzbar.
  • Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignal-Erzeugungsstufe ausgestaltet ist zum Beaufschlagen des Mikrofons mit der Prüfwechselspannung über wenigstens eine Serienimpedanz. Vorzugsweise handelt es sich dabei um wenigstens eine hochohmige Serienimpedanz. Dadurch wird eine Stromeinspeisung in das Mikrofon bewirkt, so dass als Messsignal unmittelbar eine durch die Prüfwechselspannung hervorgerufene Wechselspannung an Mikrofonanschlüssen abgegriffen werden kann. Eine auf diese Weise erfolgende Einspeisung der Prüfwechselspannung ist darüber hinaus kurzschlussfest. Ferner sind unterschiedliche Fehlerfälle des Mikrofons, die sich als Leerlauf an den Mikrofonanschlüssen, als Kurzschluss zwischen den Mikrofonanschlüssen oder als Kurzschluss zwischen wenigstens einem der Mikrofonanschlüsse und Masse bemerkbar machen, durch Auswertung des Messsignals präzise und eindeutig detektierbar.
  • Gemäß einer anderen Fortbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Prüfsignal-Erzeugungsstufe zum Erzeugen einer wenigstens weitgehend rechteckförmigen Prüfwechselspannung ausgestaltet. Eine rechteckförmigen Prüfwechselspannung kann sowohl mit analoger als auch mit digitaler Signalverarbeitung weiterverarbeitet werden und ist darüber hinaus durch einen Geräteprozessor, durch den die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie weitere Baugruppen, mit denen das Mikrofon in einem System zur Audiosignalverarbeitung gekoppelt sein kann, steuerbar sind, einfach und bevorzugt digital erzeugbar.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die Auswertestufe eine Gleichrichteranordnung zum Gleichrichten des Messsignals, insbesondere des Messsignals nach einer Vorverstärkung. Dies ermöglicht insbesondere für eine analoge Verarbeitung des Messsignals eine einfache Bestimmung des Amplitudensignals.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die Auswertestufe eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich, und ist die Vergleichsschaltung ausgebildet zum Erzeugen des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals, wenn das Amplitudensignal um eine vorgebbare Differenz größer oder kleiner ist als das Sollwertsignal.
  • Nach dieser Fortbildung wird somit das Amplitudensignal mit einem Toleranzbereich für das Sollwertsignal verglichen. Fällt der Wert des Amplitudensignals in diesen Toleranzbereich, wird eine einwandfreie Funktion des Mikrofons erkannt. Liegt der Wert des Amplitudensignals dagegen außerhalb, d.h. unterhalb oder oberhalb dieses Toleranzbereichs, wird eine fehlerhafte Funktion bzw. ein Defekt des Mikrofons detektiert. Bei einer Leitungs- bzw. Kontaktunterbrechung, die sich als Leerlauf darstellt, nimmt das Amplitudensignal Werte oberhalb des Toleranzbereichs an. Bei einem Kurzschluss zwischen den Mikrofonanschlüssen nimmt das Amplitudensignal Werte unterhalb des Toleranzbereichs des Sollwertsignals an.
  • Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach einer anderen Ausgestaltung gekennzeichnet durch eine Mikrofon-Vorverstärkerstufe, deren Eingang mit dem Mikrofon und deren Ausgang sowohl mit der Auswertestufe als auch mit einer Audiosignal-Verarbeitungsschaltung verbunden ist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Verstärken des Messsignals oder eines vom Mikrofon abgegebenen Audio-Nutzsignals. Da eine derartige Mikrofon-Vorverstärkerstufe im Zusammenhang mit einer Audiosignal-Verarbeitungsschaltung in aller Regel ohnehin vorgesehen ist, wird für die Verstärkung des Messsignals kein zusätzlicher Schaltungsaufwand benötigt.
  • Insbesondere für den Betrieb von dynamischen Mikrofonen ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass derartige Mikrofon-Vorverstärkerstufen durch die Bauart des Mikrofons bedingt bevorzugt gleichstromentkoppelt ausgestaltet sind. Dadurch ergibt sich ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand für die Gewinnung des Messsignals zugleich mit einer Trennung zwischen Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten am Mikrofon und des vom Mikrofon abgegebenen Audio-Nutzsignals auch eine Abtrennung des Messsignals von den Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten und damit eine Unterdrückung möglicher Offsetfehler.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswertestufe von der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung umfasst. Dies ist bevorzugt bei einer digitalen Audiosignalverarbeitung von Vorteil, weil dadurch bereits vorhandene Baugruppen doppelt genutzt werden können und auf diese Weise Schaltungsaufwand gespart wird.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zum Betreiben eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend ein Mikrofon zum Abgeben eines Audio-Nutzsignals, eine Audiosignal-Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten des Audio-Nutzsignals und eine Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung, wobei das System eine Schaltungsanordnung der vorbeschriebenen Art zum Prüfen des Mikrofons enthält. Das System kann darüber hinaus weitere Baugruppen umfassen, die zur Verarbeitung oder Weiterleitung eines in der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung aufbereiteten Audio-Nutzsignals dienen, z.B. eine Telefoneinheit zum Übertragen des vom Mikrofon aufgenommenen Audio-Nutzsignals in eine Fernsprechverbindung.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, zur Durchführung mit einer Schaltungsanordnung und/oder in einem System der vorbeschriebenen Art, wobei das Verfahren die nachstehenden Verfahrensschritte umfasst:
    • Erzeugen einer Prüfwechselspannung, vorzugsweise einer rechteckförmigen Prüfwechselspannung,
    • Beaufschlagen des Mikrofons mit der Prüfwechselspannung, vorzugsweise der rechteckförmigen Prüfwechselspannung,
    • Abgreifen eines Messsignals vom Mikrofon,
    • Zuführen des Messsignals, insbesondere nach einer Vorverstärkung, an die Auswertestufe,
    • Zuführen eines Sollwertsignals an die Auswertestufe,
    • Vergleichen des Messsignals mit dem Sollwertsignal, und
    • Bilden und Abgeben des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons enthaltenden Ergebnissignals.
  • Damit ist eine einfache und zuverlässige Prüfung des Mikrofons möglich, die auch leicht automatisierbar ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, eingesetzt in einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes System,
    • Figur 2 einen Ausschnitt des Schaltbildes gemäß Figur 1 und
    • Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsordnung, eingesetzt in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.
  • In den Figuren übereinstimmende Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In Figur 1 umfasst eine Schaltungsanordnung 100 zum Prüfen eines Mikrofons 110, insbesondere eines dynamischen Mikrofons, eine Prüfsignal-Erzeugungsstufe 120, durch die das Mikrofon 110 mit einer Prüfwechselspannung, bevorzugt im Niederfrequenzbereich, beaufschlagbar ist. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung 100 eine Auswertestufe 130, der ein vom Mikrofon 110 abgreifbares Messsignal über einen Messsignaleingang 131 sowie ein Sollwertsignal über einen Sollwertsignaleingang 132 zuführbar sind. Die Auswertestufe 130 ist zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons 110 enthaltenden Ergebnissignals an einem Ergebnissignalausgang 133 ausgestaltet. Die vorstehenden Elemente sind Teil eines Systems zum Betreiben des Mikrofons 110, das außer dem Mikrofon 110 zum Abgeben eines Audio-Nutzsignals noch eine Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 150 zum Verarbeiten des Audio-Nutzsignals umfasst. Daran anschließend können, wie in Figur 3 näher dargestellt, eine Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung 160 oder weitere Baugruppen umfasst sein, die zur Verarbeitung oder Weiterleitung eines in der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 150 aufbereiteten Audio-Nutzsignals dienen, z.B. eine Telefoneinheit 170 zum Übertragen des vom Mikrofon 110 aufgenommenen Audio-Nutzsignals in eine Fernsprechverbindung. Das in Figur 1 dargestellte System umfasst außerdem eine Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180, deren durch zwei Eingangsanschlüsse 181,182 gebildeter Eingang mit dem Mikrofon 110 und deren Ausgang 183 sowohl mit der Auswertestufe 130 als auch mit der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 150 verbunden ist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Verstärken des Messsignals oder eines vom Mikrofon 110 abgegebenen Audio-Nutzsignals.
  • Die Prüfsignal-Erzeugungsstufe 120 umfasst eine Signalquelle 121, die eine rechteckförmige Steuerspannung abgibt. Die Signalquelle 121 ist mit einem Eingangsanschluss 122 eines Transistornetzwerks verbunden, welches als Schalter ausgelegt ist. Dabei dienen ein erster Transistor 123, im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 als PNP-Transistor ausgeführt, und ein zweiter Transistor 124, als NPN-Transistor ausgeführt, als Schalter, die in Reihe mit einer ersten und einer zweiten Serienimpedanz 125, 126 und dem Mikrofon 110 zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss 127 und Masse 128 geschaltet sind. Ein dritter Transistor 129, als NPN-Transistor ausgeführt, bildet einen Spannungsinverter zum Umkehren der dem ersten Transistor 123 an seinem Basisanschluss vom Eingangsanschluss 122 her zuzuführenden Steuerspannung. Die Basisanschlüsse der drei Transistoren 123, 124 und 129 sind mit Widerstands-Spannungsteilern zur Arbeitspunkteinstellung verbunden.
  • Durch die von der Signalquelle 121 zugeführte rechteckförmige Steuerspannung werden der erste und der zweite Transistor 123, 124 abwechselnd beide leitend oder nichtleitend. Dadurch wird das Mikrofon 110 an seinen Anschlüssen mit einer mit der rechteckförmigen Steuerspannung variierenden Prüfwechselspannung beaufschlagt.
  • Figur 2 zeigt als Ausschnitt von Figur 1 in vereinfachter Darstellung die Reihenschaltung aus den beiden Serienimpedanzen 125, 126 und dem Mikrofon 110 zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss 127 und Masse 128. Die Transistoren 123, 124 sind als im leitenden Zustand befindlich angenommen und daher nicht eingezeichnet. An der Reihenschaltung liegt dann die in Figur 2 mit UP bezeichnete Prüfspannung an, die bevorzugt eine Prüfwechselspannung ist. Der von ihr hervorgerufene Strom durch die Reihenschaltung erzeugt zwischen den Anschlüssen des Mikrofons 110 ein von diesen Anschlüssen abgreifbares Messsignal UM. Die Widerstandswerte der Serienimpedanzen 125, 126 sind hoch gegenüber dem Innenwiderstand des Mikrofons 110. Damit kann dem Mikrofon 110 ein definierter Prüfstrom, der bevorzugt ein Prüfwechselstrom ist, auch geringer Stromstärke in dem Maße eingeprägt werden, in dem die Bauart des Mikrofons 110 eine solche Stromstärke zulässt.
  • Die Anschlüsse des Mikrofons 110 sind mit den Eingangsanschlüssen 181 bzw.182 der Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 verbunden. Über je einen Koppelkondensator 184, 185 sowie je einen Eingangswiderstand 186, 187 sind die Eingangsanschlüsse 181, 182 mit Eingängen eines Operationsverstärkers 188 verbunden, der mit zwei RC-Gliedern 189 bzw. 190 beschaltet ist und dessen Ausgangsanschluss den Ausgangsanschluss 183 der Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 bildet. Durch die Koppelkondensatoren 184, 185 werden dem Messsignal überlagerte Gleichspannungsanteile vom Operationsverstärker 188 ferngehalten, so dass dort lediglich das rechteckförmige Messsignal verstärkt und über den mit dem Ausgangsanschluss 183 verbundenen Messsignaleingang 131 der Auswertestufe 130 zugeführt wird.
  • Die Auswertestufe 130 enthält eingangsseitig ebenfalls einen Koppelkondensator 134 zum Abtrennen von Gleichspannungskomponenten am Ausgangsanschluss 183. Über den Koppelkondensator 134 ist der Messsignaleingang 131 über einen Vorwiderstand 135 mit einem im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Dioden gebildeten Spitzengleichrichter 136 verbunden. Der Spitzengleichrichter 136 liefert über eine Glättungsstufe 137 das Amplitudensignal an einen Amplitudensignalausgang 138 der Auswertestufe 130. Koppelkondensator 134, Vorwiderstand 135, Spitzengleichrichter 136 und Glättungsstufe 137 bilden zusammen eine Gleichrichteranordnung.
  • Die Auswertestufe 130 umfasst weiterhin eine Vergleichsschaltung 140 zum Vergleichen des Amplitudensignals vom Amplitudensignalausgang 138 mit dem Sollwertsignal, das über den Sollwertsignaleingang 132 zuführbar ist. Das aus diesem Vergleich gewonnene Ergebnissignal wird über den Ergebnissignalausgang 133 abgegeben. Das Ergebnissignal liefert eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons 110, wenn das Amplitudensignal um eine vorgebbare Differenz größer oder kleiner ist als das Sollwertsignal, d.h. einen Toleranzbereich um das Sollwertsignal herum verlässt.
  • Der Ausgangsanschluss 183 der Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 ist ferner mit dem Eingang der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 150 verbunden. Im regulären Betrieb des Systems gemäß Figur 1 wird das Audio-Nutzsignal vom Mikrofon 110 über die Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 150 zugeleitet und von dieser zur Wiedergabe, Aufzeichnung oder dergleichen über einen Ausgangsanschluss 151 abgegeben.
  • Figur 3 zeigt eine Abwandlung des Systems von Figur 1 insbesondere für den Einsatz bei digitaler Audiosignalverarbeitung. Dabei sind jedoch die Prüfsignal-Erzeugungsstufe 120 und die Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 unverändert. Dagegen findet in diesem System eine digitale Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250 Anwendung, der über den Ausgangsanschluss 183 der Mikrofon-Vorverstärkerstufe 180 sowohl das Audio-Nutzsignal im regulären Betrieb als auch das Messsignal während des Prüfens des Mikrofons 110 zugeleitet wird. Die Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250 umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln des Amplitudensignals, zum Vergleichen mit einem Sollwertsignal und zur Bildung eines Ergebnissignals. Die Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250 weist außerdem zwei Ausgangsanschlüsse 251, 252 auf, über die der oben erwähnten Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung 160 bzw. der Telefoneinheit 170 entsprechende Audio-Nutzsignale zuführbar sind.
  • Das System gemäß Figur 3 wird gesteuert durch eine Steuerschaltung 210, die z.B. durch einen Geräteprozessor gebildet ist. Dieser liefert einerseits die rechteckförmige Steuerspannung an den Eingangsanschluss 122 und steuert andererseits über eine Steuerleitung 211 die Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250.
  • In dem vorbeschriebenen System gemäß Figur 3 kann die Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250 wie in Figur 1 wieder mit dem Ergebnissignalausgang, über den das Ergebnissignal abgegeben wird, verbunden sein. In Figur 3 ist jedoch eine Variante dargestellt, gemäß der der Ergebnissignalausgang 133 mit der Steuerschaltung 210 verbunden ist. Das Ergebnissignal wird hier von der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung 250 über die Steuerleitung 211 an die Steuerschaltung 210 geleitet und erst von dieser abgegeben.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist bevorzugt einsetzbar zum Prüfen dynamischer Mikrofone, da für diese grundsätzlich ein gleichspannungsentkoppelter Wechselspannungsverstärker als Mikrofon-Vorverstärkerstufe vorgesehen ist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dient dieser Verstärker zur Verstärkung des Messsignals während des Prüfvorgangs. Durch die Gleichspannungsentkopplung ist die Schaltungsanordnung robust gegen Offsetfehler und sehr genau in der Verstärkung der Messgröße. Die Einspeisung des sehr kleinen Prüfwechselstromes in das Mikrofon erfolgt hochohmig und ist damit robust gegen Kurzschlüsse gegen die Versorgungsspannung und Masse. Der zusätzliche Schaltungsaufwand für die Prüfung ist gering, da schon vorhandene Schaltungsteile genutzt werden.
  • Im normalen Betrieb wird das Audio-Nutzsignal des Mikrofons in der Mikrofon-Vorverstärkerstufe potentialfrei und symmetrisch verstärkt. In der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung wird das verstärkte Audio-Nutzsignal für eine Wiedergabe, z.B. für eine Telefon-Freisprechfunktion oder Passagierdurchsagen in einem Fahrzeug, verarbeitet und der Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung, z.B. durch Fahrzeuglautsprecher gebildet, oder einer Telefoneinheit zugeführt. Die Prüfsignal-Erzeugungsstufe und die Auswertestufe haben keinen Einfluss auf die Signalverarbeitung des Audio-Nutzsignals.
  • Durch Variation des Puls-Pausen-Verhältnisses der Prüfwechselspannung, d.h. der rechteckförmigen Steuerspannung am Eingangsanschluss 122 des Transistornetzwerks in der Prüfsignal-Erzeugungsstufe, 120 kann der nominale Impedanzbereich der Schaltungsanordnung zum Prüfen des Mikrofons variiert werden. Damit ist eine über einen weiten Impedanzbereich des zu prüfenden Mikrofons flexibel handhabbare Messung bzw. Prüfung möglich.

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung (100) zum Prüfen eines Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend eine Prüfsignal-Erzeugungsstufe (120), durch die das Mikrofon (110) mit einer Prüfwechselspannung (UP) beaufschlagbar ist, sowie eine Auswertestufe (130), der ein vom Mikrofon (110) abgreifbares Messsignal (UM), insbesondere nach einer Vorverstärkung, sowie ein Sollwertsignal zuführbar sind und die zum Abgeben eines eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons (110) enthaltenden Ergebnissignals ausgestaltet ist.
  2. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestufe (130) zum Detektieren einer Amplitude des Messsignals (UM), zum daraus Bilden eines Amplitudensignals und zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich ausgestaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignal-Erzeugungsstufe (120) ausgestaltet ist zum Beaufschlagen des Mikrofons (110) mit der Prüfwechselspannung (UP) über wenigstens eine Serienimpedanz (125, 126).
  4. Schaltungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignal-Erzeugungsstufe (120) zum Erzeugen einer wenigstens weitgehend rechteckförmigen Prüfwechselspannung (UP) ausgestaltet ist.
  5. Schaltungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestufe (130) eine Gleichrichteranordnung (136) zum Gleichrichten des Messsignals (UM), insbesondere des Messsignals nach einer Vorverstärkung, umfasst.
  6. Schaltungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestufe (130) eine Vergleichsschaltung (140) zum Vergleichen des Amplitudensignals mit dem Sollwertsignal und zum Erzeugen des Ergebnissignals aus diesem Vergleich umfasst, und dass die Vergleichsschaltung (140) ausgebildet ist zum Erzeugen des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons (110) enthaltenden Ergebnissignals, wenn das Amplitudensignal um eine vorgebbare Differenz größer oder kleiner ist als das Sollwertsignal.
  7. Schaltungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mikrofon-Vorverstärkerstufe (180), deren Eingang (181, 182) mit dem Mikrofon (110) und deren Ausgang (183) sowohl mit der Auswertestufe (130) als auch mit einer Audiosignal-Verarbeitungsschaltung (150) verbunden ist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Verstärken des Messsignals (UM) oder eines vom Mikrofon (110) abgegebenen Audio-Nutzsignals.
  8. Schaltungsanordnung (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestufe von der Audiosignal-Verarbeitungsschaltung (250) umfasst ist.
  9. System (100, 110, 150, 160, 200, 250) zum Betreiben eines Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, wenigstens umfassend ein Mikrofon (110) zum Abgeben eines Audio-Nutzsignals, eine Audiosignal-Verarbeitungsschaltung (150; 250) zum Verarbeiten des Audio-Nutzsignals und eine Audiosignal-Wiedergabeeinrichtung (160), gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren zum Prüfen eines Mikrofons (110), insbesondere eines dynamischen Mikrofons, zur Durchführung mit einer Schaltungsanordnung (100; 200) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 und/oder in einem System (100, 110, 150, 160, 200, 250) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
    • Erzeugen einer Prüfwechselspannung (UP), vorzugsweise einer rechteckförmigen Prüfwechselspannung (UP),
    • Beaufschlagen des Mikrofons (110) mit der Prüfwechselspannung (UP), vorzugsweise der rechteckförmigen Prüfwechselspannung (UP),
    • Abgreifen eines Messsignals (UM) vom Mikrofon (110),
    • Zuführen des Messsignals (UM), insbesondere nach einer Vorverstärkung, an die Auswertestufe (130),
    • Zuführen eines Sollwertsignals an die Auswertestufe (130),
    • Vergleichen des Messsignals (UM) mit dem Sollwertsignal, und
    • Bilden und Abgeben des eine Information über einen möglichen Defekt des Mikrofons (110) enthaltenden Ergebnissignals.
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