SE532191C2 - Förfarande och anordning för dämpning av en ljudsignal - Google Patents

Description

15 20 25 30 532 191 2 Sedan en tid tillbaka har man börjat ställa allt större krav på nivåbegränsning, för att undvika att hörselskadande ljudnivåer uppnås. De försök som har gjorts har i all- mänhet inneburit att man försett musikspelama med någon typ av mjukvara som begränsar ljudsignalen ut från spelaren.

Denna lösning skulle i vissa fall kunna fungera bra, men den är dessvärre behäftad med vissa nackdelar. Ofta kan mjukvaran kopplas bort av användaren, om denne inte är nöjd med den ljudsignal som erhålls. Användarna är ofta bam eller ung- domar, som har god insikt i hur musikspelaren kan manövreras, men som inte inser konsekvenserna av att utsätta sig för alltför höga ljudnivåer. Oftast har deras för- äldrar ingen kontroll över hur musikspelarens programvara förändras.

En annan nackdel är att en och samma utsignal från en musikspelare kan ge helt olika ljudstyrkor i öronen, beroende på den typ av hörlurar som används. Om spel- aren således används med de hörlurar som levereras med denna vid inköpet, kan ljudnivåema vara helt ofarliga och acceptabla. Om hörlurama däremot byts ut, antingen på grund av att de upplevs som otillräckliga eller på grund av att de gått sönder och måste ersättas, så kan resultatet bli helt annorlunda. Ljudsignalen som lyssnarens öron utsätts för kan med ens uppgå till olämpliga eller direkt skadliga nivåer. Det är således lämpligt att dämpningen är anpassad till hörluren och hänger ihop med denna.

Vissa typer av digital Signalbehandling har prövats där signalen passerar genom en processor innan den når fram till hörlurama. En nackdel är att strömkonsumtionen är tämligen hög, vilket innebär antingen att de batterier som används i spelaren snabbt måste laddas om eller bytas ut, eller att hörlurama måste förses med separata batterier. En annan nackdel är att ljudkvaliteten påverkas, vilket är betydelsefullt vid musiklyssning. Dock finns det tillfällen där ljudkvaliteten har mindre betydelse, t ex när hörlurarna främst förmedlar tal och liknande korta meddelanden, såsom exem- pelvis är fallet i vissa hörselskydd. 10 15 20 25 30 532 191 PRQBLEMSTÄLLNING Det är således uppfmningens ändamål att maximera den ljudkvalitet som erhålls i en hörlur eller liknande, samtidigt som effektkonsumtionen minimeras och en tillför- litlig dämpning till en säker ljudnivå erhålls.

PROBLEMLÖSNING Den till grund fór uppfinningen liggande målsättningen uppnås beträffande fór- farandet om detta kännetecknas av att insignalen leds direkt till dämparen, som styrs av processorn.

Beträffande anordningen uppnås målsättningen om denna kännetecknas av att mikroprocessorn är parallellkopplad med dämparen och styr denna.

Ytterligare fördelar uppnås om uppfinningen därutöver kännetecknas av något eller några av särdragen enligt kraven 2-8 respektive 10-1 l.

SAMMANSTÅLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar. På dessa visar: fig 1 ett blockdíagram över anordningen enligt uppfinningen i stora drag; fig 2 ett blockdiagram över den i anordningen ingående mikroprocessorn; fig 3 ett blockdiagram över förfarandet enligt uppfinningen i stora drag; och 10 15 20 25 30 539. '[91 4 fig 4 ett blockdiagram över det i förfarandet ingående aktiva tillståndet.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I ñg l visas i stora drag anordningen enligt uppfinningen för att dämpa en ljudsignal 2 från en musikspelare l innan den når användarens öron.

Musikspelaren l, som kan vara en CD-spelare, en MP3-spelare eller någon annan typ av musikspelare sänder ut en ljudsignal 2, som fungerar som en insignal till dämpningsanordriingen enligt uppfinningen, varvid denna dämpningsanordning är fysiskt förenad med hörlurama 8, och inte kan kopplas bort därifrån. När insignalen 2 överstiger en förutbestämd nivå kommer den att dämpas av en dämpare 6, innan den leds vidare till hörlurarna 8 i form av en utsignal 7 från anordningen. Dämparen 6 styrs med hjälp av en styrsignal 5, som härrör från en mikroprocessor 4. Mikro- processorn 4 känner av insignalen 2 med hjälp av en samplingssignal 3, som utgör en mycket liten del av insignalen 2, men som ändå är tillräcklig för att avgöra ljud- nivån på insignalen 2. Avkänningen sker i storleksordningen 100 gånger/s., vilket innebär att mikroprocessom 4 inte utnyttjas till sin fulla kapacitet större delen av tiden.

Dämparen 6 är en i och för sig tidigare känd komponent, men den kräver en på lämpligt sätt framtagen styrsignal 5 för att kunna avge en utsignal 7 som inte överskrider den maximala önskade ljudnivån.

Mikroprocessorn 4 är likaså en standardkomponent med låg energiförbrukning, men om den anordnas enligt uppfinningen och drivs enligt uppfinningen tillsammans med dämparen 6, så kommer resultatet att bli en strömsnål ljuddämpning med en bibehållen ljudkvalitet. Man kan t o m räkna med att anordningen kräver så lite energi att den kan drivas med ett och samma batteri under hela sin livslängd. 10 l5 20 25 532 'låfi För att detta skall vara möjligt att uppnå är i den föredragna utföringsfonnen mikro- processorn 4 och dämparen 6 kopplade parallellt med varandra, så att den ljudsignal 2 som skall dämpas inte leds rakt genom mikroprocessorn 4, utan leds direkt till dämparen 6, som styrs digitalt av mikroprocessorn 4 baserat på en sampling 3, dvs en avkänning av insignalen 2.

I fig 2 visas rnikroprocessorn 4 schematiskt med flera detaljer. Mikroprocessom 4 är en standardkomponent, vilket innebär att den uppvisar ett antal olika funktioner, varav alla inte utnyttjas i tillämpningen i den föreliggande uppfinningen. De funk- tioner som inte utnyttjas har utelämnats ur fig 2. Mikroprocessorn 4 har en extern låghastighetsklocka 9, som används vid samplingen 3 av insignalen 2. I den före- liggande uppfinningen har det i praktiken visat sig fungera med en frekvens på 400 kHz, varvid strömförbrukningen är 0,03 mA.

En intern höghastighetsklocka 10 används vid beräkningar och liknande i pro- cessorn 4. Dess frekvens är vid praktiska tillämpningar omkring 8 MHz, vilket innebär att det inte är möjligt att använda denna klocka 10 vid sainplingen 3, efter- som frekvensen är alltför hög för sampling av en ljudsignal.

En A/D-omvandlare ll används för avläsningen av insignalen 2 från musikspelaren 1, dvs vid samplingen 3 av insignalen 2. Det är alltså A/D-omvandlaren ll som direkt känner av den analoga insignalen 2 och omvandlar den avkända signalen till ett digitalt värde, medan den extema låghastighetsklockan 9 bestämmer i vilken takt detta skall ske.

I processorns kärna 12 sker de beräkningar som är nödvändiga vid behandlingen av samplingen 3 av insignalen 2, för åstadkommande av styrsignalen 5 till dämparen 6.

Beräkningarna sker i takt med den interna höghastighetsklockan 10. 10 15 20 25 30 532 191 6 Vidare finns åtminstone en uppvakningsenhet 13, som dels kan åstadkomma ett periodiskt uppvaknande från ett vilotillstånd hos processorn 4 ca 2 gånger/s., så att en ny samplingsserie 3 kan upptas. Uppvakningsenheten eller -enheterna 13 kan också åstadkomma ett uppvaknande av processorn 4 vid en utifrån kommande im- puls, t ex en knapptryckning. Detta sker när processorn 4 har gått in i ett viloläge efter en längre periods tystnad, dvs frånvaro av en insignal 2.

I fig 3 visas ett blockschema över de stora dragen i förfarandet för ljuddämpning enligt uppfinningen.

I stora drag finns fyra olika steg i förfarandet. Till att börja med genomgår förfar- andet ett klargöringssteg 14 där all hårdvara installeras och mjukvaran initieras, så att förfarandet kan växla mellan olika tillstånd under anordningens hela livstid.

Således behöver klargöringssteget 14 endast genomgås en gång under produktens livstid.

När initieringen genomförts och de olika klockoma 9, 10 satts igång kan processen gå in i nästa steg, det aktiva tillståndet 15. I det aktiva tillståndet 15 görs en samp- ling 3 med jämna mellanrum i tiden, och från samplingen 3 beräknas en genom- snittlig ljudnivå, så att en dämpning kan utföras. Då och då kontrolleras huruvida batterispånningen är tillräcklig i det batteri som driver all hårdvara. För att spara på batteriet så mycket som möjligt, och därmed förlänga dess livslängd, är driften inte kontinuerlig, utan processen går in i tillfälliga, energisparande vilotillstånd, dels mellan serierna av samplingar och medelvärdesberäkningar och dels när den inkommande insignalen 2 är så låg att någon dämpning därav inte är nödvändig.

Ett mera långvarigt vilotillstånd 16 uppnås efter det att samplingen 3 inte visat på någon insignal under de senaste 2-4 timmarna, dvs vid tystnad när musikspelaren 1 inte används. För att processen skall återgå till det aktiva tillståndet 15 från vilo- tillståndet 16 och klockoma 9, 10 åter sättas igång krävs att en signal utifrån i form 10 15 20 25 532 191 7 av en knapptryckning erhålls. Huvudsakligen är detekteringen av knapptryckningen den enda funktion som kvarstår under vilotillståndet 16.

Såsom nämnts ovan kontrolleras batterispänningen med jämna mellanrum, batteri- intervall th, i det aktiva tillståndet 15. När batteriet anses vara slut, genom att en allt- för låg batterispänning konstaterats vid ett förutbestämt antal tillfällen, så går processen in i ett tillstånd av permanent låsning 17, varifrån den inte kan återvända, och dämpningsanordningen får betraktas som förbrukad.

Fig 4 visar ett blockdiagram över det aktiva tillståndet 15 med ytterligare detaljer däri. I ordningsfölj d sker i det aktiva tillståndet 15 först en sampling av ínsignalen 2, som typiskt sett är uppdelad i två kanaler, en för vänster respektive höger hörlur.

Samplingen sker omväxlande mellan dessa två kanaler. Samplingen upprepas 64 gånger i den föredragna uttöringsforrnen och sker i takt med den externa låg- hastighetsklockan 9.

Därefter sker en databehandling av samplade data. Om någon av höger eller vänster kanal visar ett nollvärde kopieras data från den andra kanalen, så att två kompletta kanaler erhålls. Ett medelvärde av samplade data beräknas, och eftersom samp- lingen sker under begränsad tid är detta ett korttidsmedelvärde. I nästa steg görs en jämförelse mellan medelvärdet och det maximalt tillåtna värdet, och om medel- värdet överskrider det maximalt tillåtna värdet, så sänds en styrsignal 5 till dämpa- ren 6 att omedelbart öka dämpningen, varefter processorn 4 kan gå in i ett energi- sparläge till nästa sampling. Om medelvärdet däremot understiger det tillåtna värdet behövs ingen omedelbar ökning men dämpningen jämförs med ett dämpnings- målvärde och kan förändras mot ett långtidsmedelvärde, som baseras på resultatet av flera samplingar 3, med en fast förändringshastighet. Långtidsmedelvärdet beräknas med tidsmellanrummet tm, långtidsintervallet. 10 15 20 25 532 '191 Varje batterintervall, ungefär en gäng i timmen, görs en kontroll av batteri- spänriingen, såsom nämnts ovan. Denna del av processen innebär att batteri- spänningen mäts och jämförs med ett minsta tillåtet värde. Om värdet befinris vara alltför litet registreras detta, och när ett alltför lågt värde på batterispänningen regi- strerats vid ett antal tillfällen, så att man kan vara helt säker på att batteriet verkli- gen är på väg att ta slut, så kommer processen att gå in i tillståndet av permanent låsning 17. Från detta tillstånd 17 kan processen inte återvända, och dämpnings- anordningen och de därtill hörande hörlurarna är därmed förbrukade.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Det är möjligt att tänka sig att någon eller några av särdragen i den ovan beskrivna utföringsforrnen av uppfinningen modifieras. Exempelvis kan man tänka sig att lås- ningen när batteriet är slut inte görs permanent, utan att den kan åtgärdas med ett batteribyte, vilket innebär att processen då startar om från sitt första steg 14.

Ett armat sätt att utforma uppfinningen är att hastigheterna hos klockorna 9, 10, exempelvis vid beräkningen eller vid samplingen, kan justeras. Man måste dock se till att man efter justeringen fortfarande befinner sig inom det område som fungerar i denna tillämpning. Exempelvis får inte samplingsfrekvensen vara högre än att det fortfarande är möjligt att sampla ljudfrekvenser inom det hörbara området. Andra exempel på variationer är att tiden mellan två kontroller av batterispänningen varieras, att den insignalslösa tiden innan det långvariga vilotillståndet 16 uppnås förändras och att tidsavståndet mellan olika samplingsserier varieras.

Uppfinningen kan modifieras ytterligare inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (11)

10 15 20 25 30 532 'IQfi PATENTKRAV

1. Förfarande För begränsning av ljudvolyrn i en hörlur (8), ett headset eller liknande till en maximalt tillåten nivå, innefattande stegen att en insignal (2) till hörluren, headsetet, etc. avkänns av en processor (4), och att vid en for hög riivå på insignalen (2) dämpas denna av en dämpare (6), innan den vidarebefordras till hör- luren (8), headsetet, etc, varvid processom (4) växlar mellan ett tillstånd (15) där den befinner sig i aktivt läge och ett tillstånd (16) där den befinner sig i viloläge, k ä n n e t e c k n at av att insígnalen leds direkt till dämparen (6), som styrs av processorn (4).

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at av ett inledande klar- göringssteg (14), där all hårdvara installeras och mjukvaran initieras.

3. F örfarande enligt kravet 1 eller kravet 2, k ä n n e t e c k n at av, att fór- farandet avslutas av ett permanent låsningssteg (17), varifrån det inte kan återvända, varvid den anordning vari dämparen (6) ingår betraktas som förbrukad.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n at av, att efter en lång periods frånvaro av insignal (2) växlar processorn (4) till sitt viloläge (16) från det aktiva läget (15).

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n at av, att vid en utifrån kommande impuls växlar processorn (4) till sitt aktiva läge (15) från vilo- läget (16).

6. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t av, att batterispänningen mäts periodiskt och att efter ett törutbestämt antal mätningar går förfarandet över till det permanenta låsningssteget (17). 10 15 20 532 'H31 10

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n at av, att om ingen dämpning är nödvändig, övergår processorn (4) till ett energisparläge.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n at av, att av- känningen sker i processorns (4) aktiva läge (15), varvid insignalen (2) periodiskt samplas, ett medelvärde beräknas, en jämförelse görs med den maximalt tillåtna nivån och en korrekt dämpning ställs in.

9. Anordning för begränsning av ljudvolym i en hörlur (8), ett headset eller liknande medelst förfarandet enligt något av kraven l-8, innefattande en mikro- processor (4) och en dämpare (6), k ä n n e t e c k n a d av, att mikroprocessorn (4) är parallellkopplad med dämparen (6) och styr denna.

10. Anordning enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av, att mikroprocessorn (4) innefattar en höghastighetsklocka (10) för behandling av avkända data (3) från insignal (2).

11. ll. Anordning enligt kravet 9 eller kravet 10, k ä n n e t e c k n a d av, att en extern klocka (9) är anordnad utanför mikroprocessorn (4) for styrning av hastig- heten för avkänning av data från insignalen (2).