ITMI962517A1

ITMI962517A1 - Metodo di regolazione del volume e della sensazione sonora in un dispositivo audio

Info

Publication number: ITMI962517A1
Application number: IT002517A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Tonella
Original assignee: Sgs Thomson Microelectronics Srl
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-02
Also published as: IT1286478B1; ITMI962517A0; US5883963A

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo di regolazione del volume e della sensazione sonora in un dispositivo audio, ed in modo particolare un metodo secondo il preambolo della prima rivendicazione.

I dispositivi audio, utilizzati ad esempio in un'autoradio, permettono in genere ad un utente di impostare diversi livelli di volume in modo da variare l'intensit?' del suono prodotto da uno o piu' altoparlanti ad esso collegati. Tipicamente, tale variazione e' realizzata tramite un'unita' di controllo volume che attenua (o amplifica) un segnale audio in ingresso al dispositivo in funzione del livello di volume impostato.

Comunemente, tali dispositivi audio permettono inoltre all'utente di attivare (o disattivare) un effetto sensazione sonora (loudness) che migliora la sensazione fisiologica prodotta dal suono,? questo effetto consiste sostanzialmente nell'amplificare di un valore determinato le componenti a bassa frequenza del segnale audio (amplificando eventualmente di un valore inferiore anche quelle ad alta frequenza), in modo da compensare la risposta ridotta dell'orecchio umano alle basse frequenze del suono. In alcuni dispositivi audio noti l'effetto loudness amplifica le componenti a bassa frequenza del segnale audio di un valore funzione del livello di volume impostato; in particolare, l'effetto loudness e' accentuato per bassi livelli di volume, in modo da compensare la peggiore risposta dell'orecchio umano alle basse frequenze quando il suono ha una intensit?' ridotta.

L'effetto loudness e' realizzato per mezzo di un'unita' di controllo loudness comprendente sostanzialmente un filtro passa basso che, quando l'unita' e' in uno stato attivo, attenua di un valore determinato le componenti del segnale audio aventi una frequenza superiore ad una frequenza di taglio, ad esempio 1kHz (attenuando eventualmente di un valore inferiore anche le altre componenti); quando l'unita' di controllo loudness e' in uno stato non-attivo, essa attenua ogni componente del segnale di tale valore. Nel caso in cui l'effetto loudness e' disattivato dall'utente, l'unita' di controllo loudness e' posta nello stato non-attivo ed il valore di attenuazione e' impostato a zero (OdB), in modo che essa non modifichi il segnale audio. Quando l'utente attiva l'effetto loudness, il dispositivo audio ricava il valore di amplificazione delle componenti a bassa frequenza corrispondente al livello di volume impostato ed attiva di conseguenza l'unita' di controllo loudness in modo da attenuare di un valore uguale le componenti ad alta frequenza del segnale audio,? per ottenere l'effetto di amplificazione desiderato delle componenti a bassa frequenza e' quindi necessario ridurre in modo corrispondente l'attenuazione del segnale audio prodotta dall'unita' di controllo volume. Operazioni analoghe sono eseguite in ordine inverso quando l'utente disattiva l'effetto loudness.

Un inconveniente dei dispositivi noti sopra descritti e' costituito dal fatto che la gestione dell'effetto loudness e' piuttosto complessa e richiede un carico elaborativo abbastanza elevato per il dispositivo audio.

Scopo della presente invenzione e' di ovviare ai suddetti inconvenienti. Per raggiungere tale scopo e' previsto un metodo come descritto nella prima rivendicazione .

II metodo della presente invenzione permette di attivare e disattivare l'effetto loudness con un semplice comando inviato all'unita' di controllo loudness, senza la necessita' di ulteriori operazioni di programmazione; la gestione dell'effetto loudness e' quindi veloce, semplice e non sovraccarica il dispositivo audio.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del metodo secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione d? seguito riportata di una sua forma di realizzazione preferita, data a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui :

Fig.l mostra un dispositivo audio utilizzabile per la realizzazione del metodo della presente invenzione,-Fig.2 e' uno schema a blocchi di principio del metodo in accordo con la presente invenzione.

Con riferimento ora alle figure, ed in particolare con riferimento alla Fig.l, e' illustrato un dispositivo audio 100 utilizzabile tipicamente in una autoradio o, in alternativa, in un impianto ad alta fedelt?' (hi-fi), in un televisore, o in altri apparecchi audio. Il dispositivo audio 100 riceve in ingresso un segnale audio generato da una o piu' sorgenti 105-115, come ad esempio un ricevitore radio, un lettore di compact-disk {CD), un lettore di cassette, e simili. Le varie sorgenti 105-115 producono in genere un segnale audio di diversa intensit?' che e' equalizzato (come descritto nel seguito) dal dispositivo audio 100 in modo da produrre per ogni sorgente un suono avente intensit?' simile in corrispondenza di un determinato livello di volume. Le sorgenti 105-115 sono collegate in ingresso ad un'unita' di selezione 120 che trasferisce ad una sua uscita uno dei suoi ingressi, in funzione di un opportuno comando di selezione,? tale segnale audio e' fornito in ingresso ad un'unita' di guadagno 125 per attenuare (o amplificare) di un valore determinato il segnale audio, un'unita' di controllo volume 130 ed un'unita' di controllo loudness 135 {descritte in precedenza) , tra loro collegate in cascata. In alternativa, nel caso in cui il dispositivo audio 100 riceva in ingresso il segnale audio generato da una sola sorgente, tale sorgente e' collegata direttamente in ingresso alle unita' 125-135. Tipicamente, le unita' 120-135 sono incluse in un processore audio, come ad esempio il circuito TDA7340G fabbricato dalla SGS-Thomson Microelectronics S.r.l. L'unita' di controllo guadagno 125 presenta in genere, per semplicit?' costruttiva, una risoluzione piuttosto bassa (dell'ordine di alcuni dB, ad esempio 3dB). L'unita' di controllo volume 130 e l'unita' di controllo loudness 135 presentano invece una risoluzione abbastanza alta, dell'ordine del dB; ad esempio l'unita' 130 ha una risoluzione di 0.31dB, con valori di attenuazione variabili tra -60dB (attenuazione) e 20dB (amplificazione), mentre l'unita' 135 permette 16 livelli di attenuazione separati di 1.25dB (da OdB a -18.75dB).

Il dispositivo audio 100 include inoltre un microprocessore 140, associato ad una memoria 145, che gestisce tramite appositi segnali di comando le unita' 120-135. Un'unita' di ingresso 150, prevista ad esempio su un frontalino dell'autoradio, e' collegata in ingresso al microprocessore 140 e permette ad un utente di impostare un livello di volume desiderato e di attivare o disattivare un effetto loudness; nel caso in cui il dispositivo 100 sia collegato a piu' sorgenti di segnale audio, l'unita' di ingresso 150 permette anche di selezionare una determinata sorgente.

II segnale audio pre-amplificato dalle unita' 125-135 e' fornito ad un amplificatore finale 155 che pone in funzione uno o piu' attuatori di uscita (altoparlanti) 160 che trasformano in onde sonore l'informazione elettrica ricevuta.

Con riferimento ora alla Fig.2, il metodo 200 della .presente invenzione inizia al blocco 205 in cui il microprocessore 140 controlla se l'utente ha modificato il livello di volume impostato. In caso affermativo, il metodo passa al blocco 210, mentre in caso negativo il microprocessore 140, al blocco 207, controlla se l'utente ha modificato la sorgente di segnale audio selezionata. Se l'utente ha modificato la sorgente selezionata, il metodo passa al blocco 210, mentre in caso contrario il metodo passa direttamente al blocco 220. Con riferimento ora al blocco 210, il microprocessore 140 associa al livello di volume impostato un valore di attenuazione dell'unita' di controllo volume 130 ed un .valore di attenuazione dell'unita' di controllo loudness 135, la cui somma e' praticamente uguale (trascurando l'eventuale differenza dovuta alla diversa risoluzione delle unita' 130 e 135) all'attenuazione totale da applicare al segnale audio in corrispondenza del livello di volume impostato. Preferibilmente, tale associazione e' realizzata per mezzo di una tabella memorizzata nella memoria 145, in cui ad ogni valore del livello di volume corrispondono due codici di comando da inviare alle unita' 130,135 per ottenere l'attenuazione desiderata. Tale tabella, come descritto in dettaglio nel seguito, permette di definire automaticamente la curva di risposta in frequenza dell'effetto loudness del dispositivo audio 100; l'effetto loudness prodotto e' pertanto facilmente modificabile intervenendo semplicemente sul contenuto di tale tabella. Con riferimento ora al blocco 212, il microprocessore 140 controlla se la sorgente di segnale audio selezionata e' uguale ad un sorgente di riferimento {ad esempio il ricevitore radio) in corrispondenza della quale e' stata definita la tabella sopra descritta. In caso affermativo (e sempre se il dispositivo audio 100 e' collegato ad una sola sorgente di segnale audio) il metodo passa al blocco 215 in cui il microprocessore 140 attenua, tramite le unita' 130 e 135, il segnale audio dei valori ricavati al passo 210 (l'attenuazione dell'unita' di guadagno 125 e' impostata ad un valore fisso, ad esempio OdB).

Si noti che, quando l'utente effettua variazioni del livello di volume da un valore di partenza ad un nuovo valore che comportano notevoli differenze nell'attenuazione del segnale audio, tali modifiche generano dei disturbi (rumore) che si manifestano come un leggero schiocco (click) nel suono prodotto. In una forma di realizzazione vantaggiosa della presente invenzione, le variazioni del livello di volume sono realizzate impostando automaticamente in sequenza per un breve intervallo di tempo (ad esempio alcuni ms) uno o piu' livelli di volume intermedi compresi tra il livello di partenza ed il nuovo livello ed attenuando di conseguenza il segnale audio. Ad esempio, il dispositivo audio imposta tutti i livelli di volume compresi tra quello di partenza ed il nuovo, un livello ogni due,tre e cosi' via, oppure livelli intermedi selezionati in base ad un determinato algoritmo. In particolare, si noti che, sebbene l'unita' di controllo volume 130 abbia una risoluzione piuttosto alta, in genere, per questioni pratiche, il numero di livelli di volume disponibili all'utente sono piuttosto limitati (ad esempio poche decine), con variazioni di attenuazione corrispondenti dell'ordine di vari dB (ad esempio 5dB); in tal caso, anche la variazione da un livello di volume a quello immediatamente successivo pu?' generare un disturbo nel suono prodotto. Vantaggiosamente, la tabella sopra definita include un numero di livelli di volume superiore a quello disponibile per l'utente, cosi' che ogni variazione di volume possa essere realizzata tramite variazioni di attenuazione di valore ridotto (ad esempio 5 variazioni di ldB) senza alcun rumore per l'utente; in tal caso, e' inoltre possibile realizzare diversi profili di volume (ad esempio a variazione lineare, segmentata, e simili) rendendo disponibili all'utente solo alcuni valori della tabella, selezionati secondo un algoritmo corrispondente.

Con riferimento ora al blocco 220, il microprocessore 140 controlla se l'utente ha modificato l'effetto loudness. In caso negativo, il metodo ritorna direttamente al blocco 205, mentre in caso affermativo il microprocessore 140, al blocco 225, attiva o disattiva di conseguenza l'unita' di controllo loudness 135. In particolare, se l'effetto loudness e' stato disattivato, l'unita' di controllo loudness 135 e' posta nello stato non-attivo, in cui opera come un semplice attenuatore del segnale audio,? in tal caso, le unita' 130 e 135 attenuano nel complesso il segnale audio di un valore totale corrispondente al livello di volume impostato (ad esempio -17.5dB, di cui -7.5dB tramite l'unita' 130 e -lOdB tramite l'unita' 135). Se l'effetto loudness e' stato attivato, l'unita' di controllo loudness e' posta nello stato attivo, in cui attenua (di -lOdB nell'esempio in questione) solo le componenti ad alta frequenza del segnale audio; in tal caso, le componenti ad alta frequenza si mantengono ad un livello corrispondente al volume desiderato (-17.5dB), mentre le componenti a bassa frequenza sono attenuate solo dall'unita' di controllo volume (di -7 .5dB) e risultano pertanto automaticamente amplificate del valore desiderato (lOdB). Al termine, il metodo ritorna al blocco 205 per ripetere ciclicamente il controllo sopra descritto. Ritornando al blocco 212, nel caso in cui la sorgente del segnale audio e' diversa dalla sorgente di riferimento, il metodo passa al blocco 230, in cui il microprocessore 140 ricava dalla memoria 145 un offset di volume della sorgente selezionata rispetto alla sorgente di riferimento. Tipicamente, tale offset e' impostato per ogni sorgente dall'utente tramite l'unita' di ingresso 150. In alternativa, e' previsto un'unita' di rilevazione (non mostrata nelle figure) che misura l'intensit?' media del segnale audio corrispondente alla sorgente selezionata e fornisce questa misura al microprocessore 140, il quale ricava cosi' automaticamente l'offset di volume della sorgente per mezzo di un confronto con un valore corrispondente alla sorgente di riferimento. In tal caso, il microprocessore 140 e' anche in grado di modificare dinamicamente l'offset di volume di ogni sorgente per mantenere costante l'intensit?' del suono in corrispondenza di un dato livello di volume impostato,? ad esempio, ci?' permette di riprodurre con la stessa intensit?' sonora supporti (come cassette) registrati a livelli diversi, stazioni radio che trasmettono segnali di livello diverso, e simili. Il metodo passa quindi al blocco 235, in cui il microprocessore 140 associa all'offset di volume un valore di attenuazione dell'unita' di guadagno 125 ed un offset di attenuazione dell'unita' di controllo volume 130, la cui somma e' praticamente uguale alla variazione di attenuazione del segnale audio corrispondente all'offset di volume della sorgente selezionata; in alternativa, il microprocessore 140 associa all'offset di volume anche un offset di attenuazione dell'unita' di controllo loudness 135. Preferibilmente, tale associazione e' realizzata per mezzo di una ulteriore tabella memorizzata nella memoria 145, in cui ad ogni valore di offset di volume corrispondono i valori sopra descritti. I valori di offset di attenuazione sono aggiunti ai corrispondenti valori di attenuazione dell'unita' di controllo volume 130 e dell'unita' di controllo loudness 135 ricavati al blocco 210 per la sorgente di riferimento. Nel caso in cui una di queste somme abbia un valore inferiore alla massima attenuazione dell'unita' corrispondente, si assume come valore della somma tale valore massimo; si noti che l'errore nell'equalizzazione cosi' generato si manifesta a bassi livelli di volume, per cui e' praticamente non percepibile dall'utente. Il metodo passa quindi al blocco 215 descritto in precedenza; in tal caso, il microprocessore 140 attenua il segnale audio tramite le unita' 125, 130 e 135 dei valori cosi' ricavati (comprensivi dell'eventuale offset). Tale forma di realizzazione della presente invenzione offre l'ulteriore vantaggio di permettere un'equalizzazione molto accurata del livello del segnale audio, senza utilizzare alcun componente esterno, come partitori resistivi. Si noti infatti che 1'equalizzazione realizzata come nei dispositivi audio noti solo tramite l'unita' di guadagno 125 risulta alquanto imprecisa, a causa della bassa risoluzione di tale unita'. Utilizzando come descritto sopra anche l'unita' di controllo volume 130 (ed eventualmente anche quella di controllo loudness 135) e' invece possibile ottenere in modo semplice e veloce una migliore accuratezza nell 'equalizzazione delle varie sorgenti di segnale audio; ad esempio, se la variazione di intensit?' del segnale audio della sorgente selezionata rispetto a quella di riferimento e' di -lOdB, tale valore e' ottenibile con buona approssimazione tramite un'attenuazione dell'unita' 125 di -9db (-3*3dB) ed un'attenuazione dell'unita' 130 di -0,93dB (-3*0,31dB), per un totale di -9,93dB.

Ovviamente al metodo sopra descritto un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potr?' apportare numerose modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo (200) di regolazione del volume e del loudness in un dispositivo audio (100) comprendente in cascata un'unita' di controllo volume (130) per attenuare di un valore determinato un segnale audio ed un'unita' di controllo loudness (135) per attenuare di un ulteriore valore determinato ogni componente del segnale audio quando in uno stato non-attivo e sostanzialmente solo le componenti ad alta frequenza quando in uno stato attivo, il metodo (200) comprendendo i passi di: a) impostare (205) un livello di volume, b) attenuare (215) il segnale audio di un valore totale corrispondente al livello di volume impostato, c) commutare (225) selettivamente (220) l'unita' di controllo loudness (135) tra lo stato attivo e lo stato non-attivo, caratterizzato dal fatto di comprendere il passo di associare (210) al livello di volume impostato un primo ed un secondo valore di attenuazione la cui somma e' sostanzialmente uguale al valore totale, il passo b) essendo realizzato attenuando il segnale audio del primo e del secondo valore tramite, rispettivamente, l'unita' di controllo volume (130) e l'unita' di controllo loudness (135).
2. Metodo (20?) secondo la rivendicazione 1, in cui il passo di associare (210) e' realizzato leggendo da una tabella in corrispondenza del livello di volume impostato un primo ed un secondo codice indicativi, rispettivamente, del primo e del secondo valore di attenuazione .
3. Metodo (200) secondo la rivendicazione 2, in cui detta tabella include primi e secondi codici corrispondenti ad un insieme di livelli di volume comprendente i livelli di volume impostabili.
4. Metodo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, ulteriormente comprendente i passi di: impostare un nuovo livello di volume, attenuare il segnale audio di un valore totale corrispondente ad almeno un livello di volume intermedio compreso in sequenza tra il livello di volume impostato ed il nuovo livello di volume, attenuare il segnale audio di un valore totale corrispondente al nuovo livello di volume.
5. Metodo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il dispositivo audio (100) e' collegabile ad una pluralit?' di sorgenti (105-115) del segnale audio e comprende ulteriormente un'unita' di guadagno (125) per attenuare di un altro ulteriore valore determinato il segnale audio, il metodo (200) ulteriormente comprendendo i passi di: d) selezionare (207) una sorgente, e) associare (230) alla sorgente selezionata un offset di volume rispetto ad una sorgente di riferimento , f) associare (235) all'offset di volume un terzo valore di attenuazione ed un primo offset di attenuazione la cui somma e' sostanzialmente uguale ad un valore totale di attenuazione corrispondente all 'offest di volume, ed impostare il primo valore di attenuazione uguale alla somma del primo valore con il primo offset, g) attenuare (215) il segnale audio del terzo valore tramite l'unita' di guadagno (125).
6. Metodo (200) secondo la rivendicazione 5, in cui il passo f) e' realizzato associando ulteriormente all'offset di volume un secondo offset di attenuazione, la somma del terzo valore di attenuazione, del primo e del secondo offset essendo sostanzialmente uguale all'attenuazione totale corrispondente all'offest di volume, ed impostando il secondo valore di attenuazione uguale alla somma del secondo valore con il secondo offset .
7. Metodo (200) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il passo e) e' realizzato misurando un'intensit?' media del segnale audio corrispondente alla sorgente selezionata e confrontando tale misura con un valore di riferimento corrispondente alla sorgente di riferimento.
8. Dispositivo audio (100) comprendente in cascata un'unita' di controllo volume (130) per attenuare di un valore determinato un segnale audio ed un'unita' di controllo loudness (135) commutabile selettivamente tra uno stato non-attivo ed uno stato attivo in cui attenua di un ulteriore valore determinato, rispettivamente, ogni componente del segnale audio e sostanzialmente solo le componenti ad alta frequenza, mezzi di ingresso (150) per impostare un livello di volume e per commutare l'unita' di controllo loudness (135), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (145) per associare al livello di volume impostato un primo ed un secondo valore di attenuazione la cui somma e' sostanzialmente uguale ad un valore totale di attenuazione corrispondente al livello di volume impostato e mezzi logici (140) per attenuare il segnale audio del primo e del secondo valore tramite, rispettivamente, l'unita' di controllo volume (130) e l'unita' di controllo loudness (135).
9. Dispositivo audio (100) secondo la rivendicazione 8, in cui il dispositivo audio (100) e' collegabile ad una pluralit?' di sorgenti (105-115) del segnale audio e comprende ulteriormente un'unita' di guadagno (125) per attenuare di un altro ulteriore valore determinato il segnale audio, i mezzi di ingresso (150) essendo adatti ulteriormente a selezionare una sorgente, i mezzi per associare (145) essendo adatti ulteriormente ad associare alla sorgente selezionata un offset di volume rispetto ad una sorgente di riferimento ed all'offset di volume un terzo valore di attenuazione ed un primo offset di attenuazione la cui somma e' sostanzialmente uguale ad un valore totale di attenuazione corrispondente all'offest di volume, i mezzi logici (140) essendo adatti ulteriormente ad impostare il primo valore di attenuazione uguale alla somma del primo valore con il primo offset e ad attenuare il segnale audio del terzo valore tramite l'unita' di guadagno (215).
10. Apparecchio audio collegabile ad almeno una sorgente (105-115) di un segnale audio e comprendente il dispositivo audio (100) secondo la rivendicazione 8 o 9 per ricevere in ingresso il segnale audio e per produrre in uscita un segnale audio pre-amplificato ed un amplificatore (150) per ricevere in ingresso il segnale audio pre-amplificato e per produrre in uscita un segnale audio amplificato da inviare ad almeno un altoparlante (160).
11. Apparecchio audio della rivendicazione 10, in cui detto apparecchio e' un'autoradio.