WO1999003198A1 - Verfahren und steuereinrichtung zur steuerung der lautstärke eines lautsprecherelementes, freisprecheinrichtung und kraftfahrzeugeinbauvorrichtung - Google Patents

Verfahren und steuereinrichtung zur steuerung der lautstärke eines lautsprecherelementes, freisprecheinrichtung und kraftfahrzeugeinbauvorrichtung Download PDF

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WO1999003198A1
WO1999003198A1 PCT/DE1997/002995 DE9702995W WO9903198A1 WO 1999003198 A1 WO1999003198 A1 WO 1999003198A1 DE 9702995 W DE9702995 W DE 9702995W WO 9903198 A1 WO9903198 A1 WO 9903198A1
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ambient noise
volume
signal
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loudspeaker element
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PCT/DE1997/002995
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Inventor
Peter Güntzer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/60—Substation equipment, e.g. for use by subscribers including speech amplifiers
    • H04M1/6033—Substation equipment, e.g. for use by subscribers including speech amplifiers for providing handsfree use or a loudspeaker mode in telephone sets
    • H04M1/6041—Portable telephones adapted for handsfree use

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for controlling the volume of a loudspeaker element, in particular a loudspeaker element of a hands-free device in a motor vehicle.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a control device for controlling the volume of a loudspeaker element, a hands-free device and a motor vehicle installation device with which the volume of the loudspeaker element of a hands-free device can be adapted to the ambient noise efficiently, comfortably and with little effort.
  • the invention is without additional intervention m the motor vehicle, such as installation of sensorsnostissen ⁇ or tap of the tachometer generator, the control of the hands-free sound volume of a speaker element in the motor vehicle depending m workssgerauschen achieved by the U. Regardless of the type of motor vehicle (or the signals provided there), the ambient noise can be determined using the already existing microphone element of the hands-free device without additional signal pickups.
  • a further development of the invention provides that a signal representing the ambient noise is determined in a frequency range outside the speech frequency range.
  • a signal representing the ambient noise is determined by a digital signal processor using a method for noise reduction.
  • the digital signal processor also processes the Speech signals (eg for echo cancellation)) is determined.
  • the digital signal processor also processes the Speech signals (eg for echo cancellation)
  • a preferred embodiment variant provides that a control signal is assigned to each signal representing the ambient noise. In this way, a suitable adaptation of the volume of the loudspeaker element to the ambient noise can be achieved automatically.
  • a further advantageous embodiment provides that the assignment rule between the signals representing the ambient noise and the control signals can be selected by the user by means of input means.
  • the result of this is that the user can select a pleasant adaptation of the loudness of the loudspeaker element to the ambient noise.
  • Another advantageous embodiment provides that the assignment rule between the signals representing the ambient noise and the control signals is selected in such a way that the loudness of the loudspeaker element is increased disproportionately as the loudness of the ambient noise is raised.
  • Another advantageous embodiment provides that the control signal also depends on the spectral distribution of the ambient noise.
  • a further advantageous embodiment provides that the assignment rule between the signals representing the ambient noise and the control signals is automatically adapted to the user behavior.
  • the invention is also suitable for controlling the volume of loudspeaker elements which are emitted for the output of audio signals from mobile radio terminals or navigation systems.
  • Figure 1 is a schematic representation of a motor vehicle construction device
  • Figure 2 is a schematic representation of a hands-free device and a mobile radio terminal
  • FIG 3 is a schematic representation of a hands-free device and a mobile radio terminal, the control device is essentially implemented by hardware units of the mobile radio terminal.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle installation device KFZE, which essentially consists of a device for receiving VA of mobile radio terminals MFE and a hands-free device FSE.
  • the motor vehicle installation device KFZE or at least essential parts of this motor vehicle installation device KFZE are controlled by a control device STE.
  • the control device STE can be implemented centrally or distributed by a microcontroller MC and / or a digital signal processor DSP and / or storage devices SPE.
  • the control device STE can be outside the
  • MFE mobile terminal can be implemented or at least partially wise include or use hardware units of the mobile radio terminal MFE.
  • the user can set certain parameters of the hands-free device FSE or the motor vehicle installation device KFZE by means of a display DPL and an input device, such as a keyboard TAS.
  • a display DPL and an input device, such as a keyboard TAS.
  • the Mobilfun ⁇ kendgerates MFE also be used, the display DPL and keyboard TAS.
  • the parameters it is possible for the parameters to be set in a voice-controlled manner.
  • the speakerphone FSE dispose with one According Arthurere ⁇ LS and a microphone element M. lement the signals as, the above speaker body LS outputted Audiomforma- functions include, be reinforced by a Verstarkeremraum VS prior to output through the speaker element LS.
  • the amplifier device VS or the degree of amplification is controlled by the control device STE by outputting a signal sv at a signal output SA of the control device STE which corresponds to the degree of amplification.
  • This control signal sv for controlling an analog amplifier device VS depends on a signal su which represents the ambient noise and which is present at a signal input SE of the control device STE.
  • the amplifier device VS can also be an electronic potentiometer or switchable resistors. If the volume is controlled by digital processing, this can be implemented by a corresponding control or calculation rule m of the digital control unit.
  • the type of dependency can be stored in the form of an assignment rule, a table or a characteristic curve in a memory device SPE or can be calculated by a digital signal processor DSP using a mathematical formula.
  • the microphone element M is a microphone signal ms ermit ⁇ telt, consisting essentially of the speech signal of the "near-end" subscriber (i.e. the subscriber in the motor vehicle), the echo of the speech signal of the "far-end” subscriber (i.e. the subscriber "At the other end of the line” consists of the loudspeaker) in the passenger compartment and the ambient noise.
  • the ambient noise in the motor vehicle has a relatively broadband spectrum, they have frequency components in the voice band (approx. 300 Hz to 3.4 kHz) as well as below and possibly. about that .
  • the speech band m of the processing device VE is first masked out by filter devices FE.
  • the ambient noise dominates here over the speech signals of the near-end participant and the echo of the far-end participant.
  • the level of the ambient noise in the entire audio frequency range can be inferred on the basis of this level, and the volume of the hands-free device can be adjusted accordingly.
  • the considerations given below relate, by way of example, to an embodiment variant in which the environmental noise reduction is implemented by means of a digital signal processor DSP. However, the considerations can be transferred to other systems with the same function.
  • a digital signal processor DSP is present in many existing communication systems, such as mobile radio terminals MFE, and is used, in particular, for processing the voice signal from the near-end subscriber, in particular for removing the echo that occurs during hands-free speaking by means of the acoustic (jerk) coupling between the loudspeaker and microphone elements, and used to reduce ambient noise (ambient noise reduction).
  • the ambient noise level is therefore already determined by the digital signal processor DSP to solve another task. This value can now be easily adopted and used in the context of the invention to regulate the volume of a loudspeaker element LS.
  • the set parameters are temporarily stored in the memory devices SPE.
  • the volume of the audio signals as of a navigation or driver information system can also be set by the control signal sv by the control device STE providing a corresponding parameter for these devices (for example by means of a Motor vehicle bus system) transmitted.
  • the ambient noise from the motor vehicle installation device KFZE is also measured and assessed when these other systems want to use the resulting parameter.
  • the individual elements of the motor vehicle installation device KFZE are connected to one another via suitable cabling K or, if appropriate, wireless connections.
  • the motor vehicle installation device KFZE m generally has a connection to a power supply device, such as the car battery, for ignition of the motor vehicle, to an external antenna device, to a car radio or navigation system and to an interface for the transmission of other motor vehicle-specific information.
  • the device for receiving VA of mobile radio terminals MFE can have a suitable plug element, by means of which data and current transmission from the motor vehicle construction device KFZE to the mobile radio terminal MFE can be implemented.
  • Embodiments are also possible in which the processing device VE and / or the amplifier device VS m of the control device STE are integrated, or the processing device VE and / or the amplifier device VS m are integrated in the mobile radio terminal or the corresponding elements of the mobile radio terminal MFE are used.
  • the control device or elements of the control device STE can also be implemented within the mobile radio terminal MFE. It is also possible to use elements, in particular the display DPL or the keyboard TAS of a navigation system or a car radio.
  • FIG. 2 shows an embodiment variant in which the display DPL and the keyboard TAS of a mobile radio terminal MFE are used.
  • the processing of the microphone signals ms determined by the microphone M to the signals representing noise from the digital signal processor DSP of the mobile radio terminal MFE is used.
  • the signals received by the receiving device EE of the mobile radio terminal MFE are also further processed by the digital signal processor DSP to audio signals as, amplified by the amplifier device VS and output by the loudspeaker element LS.
  • each signal su representing the ambient noise is uniquely assigned a control signal sv.
  • This assignment can be represented as a characteristic curve in a two-dimensional coordinate system in which the signals su representing the ambient noise are plotted along the x-axis and the control signals sv along the y-axis.
  • the volume of the loudspeaker element LS is raised accordingly from a certain level of ambient noise.
  • the characteristic curve between the signals su representing the ambient noise and the control signals sv is chosen such that the amplification by the amplifier device VS increases disproportionately with the volume of the ambient noise.
  • Another embodiment variant provides that the user can select a characteristic curve himself from a number of predefined characteristic curves or set parameters that describe the characteristic curve. Basically, it does not matter whether the characteristic is described by one or more parameters (such as intercept and slope) or by a number of support values. The user can manually adjust or set the characteristic using the TAS keyboard or a rotary knob.
  • the volume is increased as a function of the measured / calculated ambient noise level and additionally as a function of a spectral weighting of the ambient noise.
  • the spectral weighting factors for the individual frequency bands are estimated on the basis of general psychoacoustic findings or are automatically determined using the method described below.
  • Another embodiment of the invention provides that the characteristic curve is automatically adapted to the user behavior. To simplify matters, it is assumed here that the slope of the characteristic curve is the only parameter that can be obtained.
  • the user wants a higher volume due to increased ambient noise, he usually changes the volume of the loudspeaker element LS of the hands-free device FSE manually by the corresponding setting button or via the menu of the mobile terminal MFE by the value deltaL. By evaluating these changes and comparing them to the ambient noise, it is possible after some time to learn the user behavior in relation to the volume and to automatically simulate it.
  • the control device STE determines the volume change deltaL made by the user and compares it with the change in the ambient volume deltaU determined in the corresponding period. From the relationship between the two changes deltaL and deltaU, at least one section of the characteristic curve or the associated slope can be determined. So when FUTURE changes insultsgerausche, the loudness of the loudspeaker element LS are automatically controlled so as do the user WUR ⁇ de. It is possible to adjust the characteristic curve only if the change in the ambient volume deltaU has exceeded a certain threshold value to ensure that the change in the ambient volume was the reason for the change in the volume of the loudspeaker element LS.
  • the characteristic curve In order to become a little more stable against changing environmental influences and users who like to regulate, the characteristic curve cannot be changed to the full extent per user readjustment, but only partially in the direction of the user requests. The actual volume is then adjusted so that it only partially corresponds to the user's wishes. If the user changes the volume of the loudspeaker element LS by the value deltaL, the characteristic curve is adjusted as if the user had changed the volume by the value deltaL / 2. The actual change in volume is reduced accordingly by the value deltaL / 2 after a short time.
  • a corresponding procedure is implemented for lowering the volume or canceling the increase.
  • this method can be extended to several characteristic parameters by first determining, instead of the slope of the characteristic, analogously to the above method, only a cut value of the characteristic for the current ambient noise level. If the volume is subsequently adjusted at a completely different ambient volume, this does not affect the line already determined Stutz value, but another of the characteristic ⁇ . In order to be automatically a non-linear characteristic he ⁇ averages, without the need for explicit training phase or the input of many parameters.
  • a signal su representing the ambient noise from other parameters which are known, for example, from a voice input from the mobile radio terminal MFE. This is particularly useful since in a voice input method this is usually active immediately before the call, since the user dials using voice input.
  • control signal sv is determined before the actual communication takes place. This is, for example, the short phase of establishing the speech, or the time of the dialing process for the outgoing call and the time between the first ringing signal and the answering call for the incoming call.
  • a further embodiment provides that the last valid value is used, for example, a minute reduction in the value is made during the pause.
  • FIG. 3 shows a hands-free device FSE and a mobile radio terminal MFE, the control device STE being essentially implemented by hardware units (DSP, SA, SE, SPE) of the mobile radio terminal MFE.
  • the volume control of the Speaker element LS can be done by scaling the control signal sv m the digital signal processor DSP. In order to achieve twice the volume, for example, the digital values are multiplied by two in the digital signal processor DSP, i.e. before the digital / analog conversion. After the digital / analog conversion, audio signals as are then transmitted with a double level from the control device STE to the loudspeaker element LS.
  • the speaker element LS and / or the microphone element M of the mobile radio terminal MFE is also used for the speakerphone direction FSE.

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Abstract

Verfahren zur Steuerung der Lautstärke eines Lautsprecherelementes, wobei mittels eines eh schon vorhandenen Mikrofonelementes einer Freisprecheinrichtung das Umgebungsgeräusch ermittelt wird, und mittels einer Steuereinrichtung abhängig von diesen dem Umgebungsgeräusch entsprechenden Signalen ein Steuersignal bestimmt wird, das eine Verstärkereinrichtung und somit die Lautstärke des Lautsprecherelementes der Freisprecheinrichtung steuert. Durch die Erfindung wird ohne zusätzliche Eingriffe in das Kraftfahrzeug, wie beispielsweise Installation von Geschwindigkeitsensoren oder Anzapfung des Tachometergenerators, die Steuerung der Freisprechlautstärke eines Mobilfunkendgerätes im Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von den Umgebungsgeräuschen erreicht.

Description

Beschreibung
Verfahren und Steuereinrichtung zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes, Freisprecheinrichtung und Kraft- fahrzeugembauvorπchtung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes, insbesondere eines Lautsprecherelementes einer Freisprecheinrichtung m einem Kraftfahrzeug.
Bei der Verwendung von Mobilfunkendgeraten m Kraftfahrzeugen besteht der Wunsch vieler Benutzer nach hochqualitativem „Freisprechen", also Telefonieren ohne Hörer- oder Kopfhörer- Mikrofonkombination. Die stark von der momentanen Fahrtgeschwindigkeit abhangigen Umgebungsgerausche (Roll-, Wind-, Regen-, Vibrations-, Motorengerausche etc.) zwingen den Benutzer dabei zur Nachregelung der Lautstarke des Lautsprecherelementes der Freisprecheinrichtung beispielsweise j e nach Kraftfahrzeuggeschwindigkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes, eine Freisprecheinrichtung und einen Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung anzugeben, mit denen die Lautstarke des Lautsprecherelementes einer Freisprecheinrichtung effizient, komfortabel und mit geringem Aufwand an die Umgebungsgerausche angepaßt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen nach /Anspruch 1, eine Steuereinrichtung mit Merkmalen nach /Anspruch 9, durch eine Freisprecheinrichtung mit Merkmalen nach Anspruch 17 und eine Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung mit Merkmalen nach Anspruch 18 gelost. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen. Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, mittels eines eh schon vorhandenen Mikrofonelementes einer Freisprecheinrichtung das U gebungsgerausch zu ermitteln, und mittels einer Steuereinrichtung abhangig von diesen dem Umgebungsge- rausch entsprechenden Signalen ein Steuersignal zu bestimmen, das die Lautstarke des Lautsprecherelementes der Freispre¬ cheinrichtung steuert.
Durch die Erfindung wird ohne zusätzliche Eingriffe m das Kraftfahrzeug, wie z.B. Installation von Geschwindigkeitssen¬ soren oder Anzapfung des Tachometergenerators die Steuerung der Freisprechlautstarke eines Lautsprecherelementes im Kraftfahrzeug m Abhängigkeit von den U gebungsgerauschen erreicht. Dabei kann unabhängig vom Kraftfahrzeug-Typ (bzw. den dort bereitgestellten Signalen) das Umgebungsgerausch unter Verwendung des bereits vorhandenen Mikrofonelementes der Freisprecheinrichtung ohne zusätzliche Signalaufnehmer bestimmt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein das Umge- Pungsgerausch repräsentierendes Signal m einem außerhalb des Sprachfrequenzbereiches liegenden Frequenzbereich ermittelt wird.
So ist es möglich, daß eine zuverlässige Steuersignalgewm- nung, m analoger Schaltungstechnik realisiert werden kann, und so der zusätzliche Hardwareaufwand gering ist.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird ein das Umgebungsgerausch repräsentierendes Signal durch einen digitalen Signalprozessor mittels eines Verfahrens zur Gerauschreduzierung ermittelt.
Auch hierfür ist m der Regel keine zus tzliche Hardware für die Gewinnung des Steuersignals notwendig, da die Informationen über das Umgebungsgerausch schon zur Losung einer anderen Aufgabe (der digitale Signalprozessor verarbeitet auch die Sprachsignale (z.B. zur Echokompensation)) ermittelt wird. Durch die digitale Verarbeitung ist eine sehr genaue und ef¬ fiziente Anpassung des Steuersignals an das Kraftfahrzeug möglich. Außerdem kann die Funktion leicht deaktiviert wer- den.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsvariante sieht vor, daß jedem das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signal ein Steuersignal zugeordnet ist. So kann automatisch eine geeignete Anpassung der Lautstarke des Lautsprecherelementes an die Umgebungsge- rausche erreicht werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die ZuOrdnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch re- präsentierenden Signalen und den Steuersignalen vom Benutzer ber Emgabemittel auswahlbar ist.
Dadurch wird erreicht, daß der Benutzer eine ihm angenehme Anpassung der Lautstarke des Lautsprecherelementes an die U - gebungsgerausche selbst auswählen kann.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Zu- ordnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen und den Steuersignalen derart gewählt ist, daß die Anhebung der Lautstarke des Lautsprecherelementes uberproportional mit der nhebung der Lautstarke des Um- gebungsgerausches erfolgt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Steuersignal auch von der spektralen Verteilung des Umgebungsgerausches abhangt.
Dadurch wird erreicht, daß bei der Steuerung der Lautstarke auch psychoakkustische Aspekte berücksichtigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die ZuOrdnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen und den Steuersignalen automatisch an das Benutzerverhalten angepaßt wird. Die Erfindung eignet sich auch zur Steuerung der Lautstarke von Lautsprecherelementen, die für die Ausgabe von Audiosi- gnalen von Mobilfunkendgeraten oder Navigationssystemen sta - men.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfuh- rungsbeispiele naher beschrieben. Zur Erl uterung der Ausfuh¬ rungsformen der Erfindung dienen die nachstehend aufgeliste- ten Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeuge- mbauvorπchtung
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Freisprecheinrichtung und eines Mobilfunkendgerates
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Freisprecheinrichtung und eines Mobilfunkendgerates, wobei die Steuereinrichtung im wesentlichen durch Hardwareeinheiten des Mobilfunkendgerates realisiert ist.
Figur 1 zeigt eine Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE, die im wesentlichen aus einer Vorrichtung zur Aufnahme VA von Mobilfunkendgeraten MFE und einer Freisprecheinrichtung FSE besteht. Die Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE oder zumindest wesentliche Teile dieser Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE werden durch eine Steuereinrichtung STE gesteuert.
Die Steuereinrichtung STE kann dabei durch einen Mikrocontro- ler MC und/oder einen digitalen Signalprozessor DSP und/oder Speichereinrichtungen SPE zentral oder verteilt realisiert werden. Die Steuereinrichtung STE kann dabei außerhalb des
Mobilfunkendgerates MFE realisiert sein oder zumindest teil- weise Hardwareeinheiten des Mobilfunkendgerates MFE beinhalten oder verwenden.
Die Einstellung bestimmter Parameter der Freisprechemπch- tung FSE bzw. der Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE kann durch den Benutzer mittels eines Displays DPL und einer Em- gabevorrichtung, wie einer Tastatur TAS, erfolgen. Dabei kann ebenfalls das Display DPL und die Tastatur TAS des Mobilfun¬ kendgerates MFE verwendet werden. Alternativ ist es möglich, daß die Einstellung der Parameter sprachgesteuert erfolgt.
Die Freisprecheinrichtung FSE verfugt über ein Lautsprechere¬ lement LS und ein Mikrophonelement M. Die Signale as, die die über das Lautsprecherelement LS auszugebenden Audiomforma- tionen enthalten, werden vor der Ausgabe durch das Lautsprecherelement LS durch eine Verstarkeremrichtung VS verstärkt.
Die Verstarkeremrichtung VS bzw. der Grad der Verstärkung wird durch die Steuereinrichtung STE gesteuert, indem an ei- nem Signalausgang SA der Steuereinrichtung STE ein Signal sv ausgegeben wird, das dem Grad der Verstärkung entspricht. Dieses Steuersignal sv zur Steuerung einer analogen Verstarkeremrichtung VS hangt von einem das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signal su ab, das an einem Signaleingang SE der Steuereinrichtung STE anliegt. Bei der Verstarkeremrichtung VS kann es sich auch um ein elektronisches Potentiometer oder umschaltbare Widerstände handeln. Erfolgt die Lautstarkeregelung durch digitale Verarbeitung, so kann dies durch eine entsprechende Steuerungs- oder Berechnungsvorschrift m der digitalen Steuereinheit realisiert sein.
Die Art der Abhängigkeit kann m Form einer Zuordnungsvor- schrift, einer Tabelle oder einer Kennlinie m einer Spei- cheremnchtung SPE abgespeichert sein oder durch einen digi- talen Signalprozessor DSP mittels einer mathematischen Formel berechnet werden. Durch das Mikrofonelement M wird ein Mikrofonsignal ms ermit¬ telt, das im wesentlichen aus dem Sprachsignal des „near-end" Teilnehmers (also der Teilnehmer im Kraftfahrzeug) , dem Echo des Sprachsignals des „far-end" Teilnehmers (also des Teil- nehmers „am anderen Ende der Leitung" aus dem Lautsprecher) im Fahrgastraum und dem Umgebungsgerausch besteht.
Da das Sprachsignal nicht zur Bewertung der notwendigen Laut¬ starke herangezogen werden soll wird das Signal ms durch eine Verarbeitungseinrichtung VE zu einem Signal su weiterverar¬ beitet, das das Umgebungsgerausch, d.h. die Lautstarke und/oder die Frequenzanteile des Umgebungsgerausches repräsentiert. Für die Weiterverarbeitung sind alternativ folgende zwei Verfahren möglich:
• Subtone-Band Auswertung:
Da die Umgebungsgerausche im Kraftfahrzeug ein relativ breit- bandiges Spektrum besitzen, besitzen sie Frequenzanteile im Sprachband (ca. 300 Hz bis 3.4 kHz) sowie darunter und evt . darüber .
Dabei betrachtet man im aufgenommenen Mikrofonsignal ms nur das Subtone-Band (unter 300 Hz), indem das Sprachband m der Verarbeitungseinrichtung VE zunächst durch Filteremrichtun- gen FE ausgeblendet wird. Hier dominieren die Umgebungsgerausche gegenüber den Sprachsignalen des near-end Teilnehmers und dem Echo des far-end Teilnehmers. Unter der oben getroffenen Annahme der Breitbandigkeit der meisten Umgebungsgerau- sehe kann aufgrund dieses Pegels auf den Pegel der Umgebungsgerausche im ganzen Audiofrequenzbereich geschlossen werden, und die Lautstarke der Freisprecheinrichtung entsprechend eingestellt werden.
• Verwendung eines Parameters der zur Gerauschreduzierung ermittelt wird: Der Einsatz einer derartigen Steuereinrichtung STE nutzt m der Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE bereits vorhandene elektronische Baugruppen zur Umgebungsgerausch-Reduzierung aus. Der digitale Signalprozessor DSP ermittelt dazu mittels eines Verfahrens zur Umgebungsgerausch-Reduzierung (noise re- duction) den Umgebungsgerauschpegel.
Die im folgenden angestellten Betrachtungen beziehen sich beispielhaft auf eine Ausfuhrungsvariante, bei der die Umge- bungsgerausc -Reduzierung mittels eines Digitalen Signalprozessors DSP realisiert wird. Die Betrachtungen sind jedoch auf andere Systeme mit gleicher Funktion übertragbar.
Ein Digitaler Signalprozessors DSP ist m vielen bestehenden Kommunikationssystemen, wie Mobilfunkendgeraten MFE, vorhanden und wird insbesondere zur Bearbeitung des Sprachsignals vom near-end Teilnehmer, insbesondere zur Entfernung des beim Freisprechen durch die akustische (Ruck-) Kopplung zwischen Lautsprecher- und Mikrofonelement auftretenden Echos sowie zur Reduktion von Umgebungsgerauschen (Umgebungsgerausch- Reduzierung) benutzt. Es wird also unabhängig von der Erfindung schon zur Losung einer anderen Aufgabe der Umgebungsgerauschpegel durch den digitalen Signalprozessor DSP ermittelt. Dieser Wert kann nun einfach übernommen werden und im Rahmen der Erfindung zur Regelung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes LS verwendet werden.
Durch zusatzliche Menuoptionen des Mobilfunkendgerates MFE wird dem Benutzer die Möglichkeit gegeben, die erfmdungsge- maße Funktion bzw. deren Parameter einzustellen oder die
Funktion ganz abzuschalten. Die eingestellten Parameter werden m den Speicheremπchtungen SPE zwischengespeichert.
Durch das Steuersignal sv kann auch die Lautstarke der Audio- Signale as eines Navigations- oder Fahrerinformationssystems eingestellt werden, indem die Steuereinrichtung STE zu diesen Geraten einen entsprechenden Parameter (z.B. mittels eines Kraftfahrzeug-Bus-Systems) übertragt. Dazu wird das Umgebungsgerausch von der Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE auch dann gemessen und beurteilt, wenn diese anderen Systeme den resultierenden Parameter benutzen wollen.
Die einzelnen Elemente der Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE sind über geeignete Verkabelungen K oder gegebenenfalls drahtlose Verbindungen miteinander verbunden. Außerdem verfugt die Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung KFZE m der Regel über eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinrichtung, wie der Autobatterie, zur Zündung des Kraftfahrzeugs, zu einer externen Antenneneinrichtung, zu einem Autoradio oder Na- vigationssystem und einer Schnittstelle zur Übertragung sonstiger kraftfahrzeugspezifischer Informationen.
Die Vorrichtung zur Aufnahme VA von Mobilfunkendgeraten MFE kann über ein geeignetes Steckerelement verfugen, mittels dessen eine Daten- und Stromubertragung von der Kraftfahrzeu- gembauvorrichtung KFZE zum Mobilfunkendgerat MFE realisiert werden kann.
Es sind auch Ausfuhrungsvarianten möglich, bei denen die Verarbeitungseinrichtung VE und/oder die Verstarkeremrichtung VS m der Steuereinrichtung STE integriert sind, oder die Verarbeitungseinrichtung VE und/oder die Verstarkeremrichtung VS m dem Mobilfunkendgerat integriert sind bzw. die entsprechenden Elemente des Mobilfunkendgerates MFE verwendet werden. Auch die Steuereinrichtung oder Elemente der Steuereinrichtung STE können innerhalb des Mobilfunkendgerates MFE realisiert sein. Es ist auch möglich Elemente insbesondere das Display DPL oder die Tastatur TAS eines Navigationssy- stems oder eines Autoradios zu benutzen.
So zeigt Figur 2 eine Ausfuhrungsvariante, bei der das Dis- play DPL und die Tastatur TAS eines Mobilfunkendgerates MFE verwendet wird. Außerdem wird für die Verarbeitung der durch das Mikrofon M ermittelten Mikrofonsignale ms zu den das Um- gebungsgerausch repräsentierenden Signalen su der digitale Signalprozessor DSP des Mobilfunkendgerates MFE verwendet. Die von der Empfangseinrichtung EE des Mobilfunkendgerates MFE empfangenen Signale werden ebenfalls durch den digitalen Signalprozessor DSP zu Audiosignalen as weiterverarbeitet, durch die Verstarkeremrichtung VS verstärkt und durch das Lautsprecherelement LS ausgegeben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist jedem das Umge- bungsgerausch repräsentierenden Signal su eindeutig em Steuersignal sv zugeordnet. Diese Zuordnung kann m einem zweidi- mensionalen Koordinatensystem, bei dem die das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signale su entlang der x-Achse und die Steuersignale sv entlang der y-Achse aufgetragen sind, als Kennlinie dargestellt werden.
Bei einer Ausfuhrungsvariante wird ab einer bestimmten Starke der Umgebungsgerausche die Lautstarke des Lautsprecherelementes LS entsprechend angehoben. Die Kennlinie zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen su und den Steuersignalen sv ist dabei derart gewählt ist, daß die Verstärkung durch die Verstarkeremrichtung VS uberproportional mit der Lautstarke des Umgebungsgerausches ansteigt.
Eine andere Ausfuhrungsvariante sieht vor, daß der Benutzer aus einer Reihe vorgegebener Kennlinien eine Kennlinie selbst auswählen kann oder Parameter, die die Kennlinie beschreiben, einstellen kann. Grundsätzlich spielt es dabei keine Rolle, ob die Kennlinie durch einen oder mehrere Parameter (wie z.B. Achsenabschnitt und Steigung) beschrieben wird oder durch eine Anzahl von Stutzwerten. Die durchzuführende Anpassung oder Einstellung der Kennlinie kann vom Benutzer manuell durch die Tastatur TAS oder einen Drehknopf erfolgen.
Da Umgebungsgerausche, die (inklusive ihrer spektralen Ver- deckung) nahe am oder im Sprachband liegen, eine stärkere negative Auswirkung auf die Verständlichkeit der Sprachsignale haben als Umgebungsgerausche, die bei gleicher Lautstarke weiter vom Sprachband entfernt sind haben, erfolgt bei einer Weiterbildung der Erfindung die Anhebung der Lautstarke m Abhängigkeit vom gemessenen/errechneten Umgebungsgerauschpegel und zusätzlich m Abhängigkeit von einer spektralen Ge- wichtung des Umgebungsgerausches . Dazu werden die spektralen Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Frequenzbander aufgrund allgemeiner psychoakustischer Erkenntnisse abgeschätzt oder mit dem unten beschriebenen Verfahren automatisch bestimmt.
Je naher em spektraler Anteil des Umgebungsgerausches am Sprachband ist und je energiehaltiger er ist, desto starker gewichtet geht er m die Berechnung des das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signals su em.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kennlinie automatisch an das Benutzerverhalten angepaßt wird. Zur Vereinfachung wird hier zunächst davon ausgegangen, daß die Steigung der Kennlinie der einzige Parameter ist, der zu gewinnen ist.
Wenn der Benutzer aufgrund eines erhöhten Umgebungsgerausches eine höhere Lautstarke wünscht, so ändert er gewöhnlich die Lautstarke des Lautsprecherelementes LS der Freisprechem- richtung FSE manuell am entsprechenden Einstellknopf oder über das Menü des Mobilfunkendgerates MFE um den Wert deltaL. Durch Auswertung dieser Veränderungen und dem Vergleich zum Umgebungsgerausch ist es nach einiger Zeit möglich, das Benutzerverhalten Bezug auf die Lautstarke zu lernen und au- tomatisch nachzubilden.
Dazu wird durch die Steuereinrichtung STE die durch den Benutzer vorgenommene Lautstarkeanderung deltaL ermittelt und mit der im entsprechenden Zeitraum festgestellten Änderung der Umgebungslautstarke deltaU verglichen. Aus dem Zusammenhang zwischen beiden Änderungen deltaL und deltaU kann zumindest e Abschnitt der Kennlinie bzw. die zugehörige Steigung ermittelt werden. So kann bei zukunftigen Änderungen der Umgebungsgerausche die Lautstarke des Lautsprecherelementes LS automatisch so gesteuert werden, wie es der Benutzer tun wur¬ de. Es ist möglich, eine Anpassung der Kennlinie nur dann vorzunehmen, wenn die Änderung der Umgebungslautstarke deltaU einen bestimmten Schwellwert überschritten hat, um sicherzugehen, daß die Änderung der Umgebungslautstarke der Grund für die Änderung der Lautstarke des Lautsprecherelementes LS war.
Um etwas stabiler gegen wechselnde Umgebungsemflusse und regelfreudige Benutzer zu werden, kann die Kennlinie pro Benutzernachregelung nicht m vollem Umfang, sondern nur teilweise m Richtung der Benutzerwunsche geändert werden. Auch die tatsächliche Lautstarke wird dann so nachgeregelt, daß sie nur teilweise den Benutzerwunschen entspricht. ndert also em Benutzer die Lautstarke des Lautsprecherelementes LS um den Wert deltaL, so wird die Kennlinie so angepaßt, als hatte der Benutzer die Lautstarke um den Wert deltaL/2 geändert. Auch die tatsachliche Änderung der Lautstarke wird nach kur- zer Zeit entsprechend um den Wert deltaL/2 reduziert.
Für die Absenkung der Lautstarke bzw. die R cknahme der Anhebung wird em entsprechender Ablauf implementiert.
Durch lange Zeitkonstanten, insbesondere beim Warten auf das Ende des Einstellvorganges durch den Benutzer vor der Anpassung der Kennlinie oder eventuell eine zeitverzogerte Anpassung der Kennlinie wird erreicht, daß die Anpassung erst dann erfolgt, wenn der Benutzer seine endgültige Wunsch-Lautstarke eingestellt hat.
Dieses Verfahren kann zur Verfeinerung auf mehrere Kennlim- enparamter erweitert werden, indem anstatt der Steigung der Kennlinie analog zum obigen Verfahren zunächst nur em Stutz- wert der Kennlinie für den aktuellen Umgebungsgerauschpegel ermittelt wird. Wird dann spater bei komplett anderer Umgebungslautstarke nachgeregelt, so betrifft dies nicht den be- reits ermittelten Stutzwert, sondern einen anderen der Kenn¬ linie. Damit kann automatisch eine nichtlineare Kennlinie er¬ mittelt werden, ohne die Erfordernis einer expliziten Trainingsphase oder der Eingabe vieler Parameter.
Zur Ermittlung eines Startwertes für das Steuersignal sv sind für den Fall, daß die Steuereinrichtung STE vor einem Gesprach nicht aktiv ist folgende Ausfuhrungsvarianten vorgese¬ hen.
Im Falle eines stehenden Kraftfahrzeugs kann man einfach sehr geringe Umgebungsgerausche annehmen und fuhrt dementsprechend keine Anhebung durch.
Außerdem ist es möglich em das Umgebungsgerausch repräsentierendes Signal su aus anderen Parametern, die beispielsweise von einer Spracheingabe des Mobilfunkendgerates MFE her bekannt sind, herzuleiten. Dies bietet sich insbesondere an, da bei einem Spracheingabeverfahren dies meist unmittelbar vor dem Telefonat aktiv ist, da der Benutzer über die Spracheingabe wählt.
Bei einer anderen Variante wird das Steuersignal sv bereits ermittelt, bevor die eigentliche Kommunikation zustande kommt. Dies ist beispielsweise die kurze Phase des Ge- sprachaufbaus, oder beim abgehenden Gesprach die Zeit des Wahlvorgangs und beim ankommenden die Zeit zwischen dem ersten Klingelzeichen und der Gesprachsannahme .
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der letzte gültige Wert verwendet wird, wobei m der Pause beispielsweise eine minutliche Verringerung des Wertes vorgenommen wird.
Figur 3 zeigt eine Freisprecheinrichtung FSE und em Mobil- funkendgerat MFE, wobei die Steuereinrichtung STE im wesentlichen durch Hardwareeinheiten (DSP, SA, SE, SPE) des Mobilfunkendgerates MFE realisiert ist. Die Lautstarkeregelung des Lautsprecherelementes LS kann dabei durch eine Skalierung des Steuersignals sv m dem digitalen Signalprozessor DSP erfolgen. Um beispielsweise die doppelte Lautstarke zu erreichen werden die digitalen Werte im digitalen Signalprozessor DSP, also noch vor der digital/analog Wandlung mit zwei multipliziert. Nach der digital/analog Wandlung werden dann Audiosi- gnale as mit doppeltem Pegel von der Steuereinrichtung STE zum Lautsprecherelement LS übertragen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird für die Freispre- chemrichtung FSE auch das Lautsprecherelement LS und/oder das Mikrofonelement M des Mobilfunkendgerates MFE verwendet.
Der Fachmann kann anhand der vorliegenden Beschreibung leicht weitere Kombinationen der oben beschriebenen Ausfuhrungsbei- spiele konzipieren und ausfuhren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung der Lautstarke eines Lautspreche¬ relementes (LS) , bei dem a) mittels eines Mikrofonelementes (M) einer Freisprechein¬ richtung (FSE) ein Mikrofonsignal (ms) ermittelt wird, b) das Mikrofonsignal (ms) durch Verarbeitungseinrichtungen (VE) zu einem das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signal (su) weiterverarbeitet wird, c) m Abhängigkeit von diesem das Umgebungsgerausch repräsen¬ tierenden Signal (su) die Lautstarke eines Lautsprecherele¬ mentes (LS) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das das Umgebungsgerausch repräsentierende Signal (su) m einem außerhalb des Sprachfrequenzbereiches liegenden Frequenzbereich ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das das Umgebungsgerausch repräsentierende Signal (su) durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedem das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signal (su) die Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) zuordenbar
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zuordnungsvorschπft zwischen den das Umgebungsge- rausch repräsentierenden Signalen (su) und der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) vom Benutzer über E gabemit- tel (TAS) auswahlbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ZuOrdnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen (su) und der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) derart gewählt ist, daß die Lautstarke des Lautsprecherelementes (LS) uberproportional mit der Lautstarke des Umgebungsgerausches ansteigt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) auch von der spektralen Verteilung des Umgebungsgerausches abhangt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ZuOrdnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsge- rausch repräsentierenden Signalen (su) und der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) automatisch an das Benutzerverhalten angepaßt wird.
9. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS), mit a) einem Signaleingang (SE) , an dem em das Umgebungsgerausch repräsentierendes Signal (su) anlegbar ist, b) einem Signalausgang (SA) , an dem em dem Umgebungsgerausch angepaßtes Steuersignal (sv) zur Steuerung der Lautstarke des Lautsprecherelementes (LS) ausgebbar ist, c) das Umgebungsgerausch mittels eines Mikrofonelementes (M) einer Freisprecheinrichtung (FSE) ermittelt wird.
10. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke ei- nes Lautsprecherelementes (LS) nach Anspruch 9, bei dem das das Umgebungsgerausch repräsentierende Signal (su) m einem außerhalb des Sprachfrequenzbereiches liegenden Frequenzbereich ermittelt wird.
11. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis
Figure imgf000017_0001
das das Umgebungsgerausch repräsentierende Signal (su) durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) ermittelt wird.
12. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke ei¬ nes Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis
Figure imgf000018_0001
jedem das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signal (su) em Steuersignal (sv) zuordenbar ist.
13. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke ei¬ nes Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis
Figure imgf000018_0002
die Zuordnungsvorschπft zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen (su) und den Steuersignalen (sv) vom Benutzer über E gabemittel (TAS) auswahlbar ist.
14. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke ei- nes Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis
Figure imgf000018_0003
die Zuordnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen (su) und den Steuersignalen (sv) derart gewählt ist, daß die Lautstarke des Lautspreche- relementes (LS) uberproportional mit der Lautstarke des Umgebungsgerausches ansteigt.
15. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke eines Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem das Steuersignal (sv) auch von der spektralen Verteilung des Umgebungsgerausches abhangt.
16. Steuereinrichtung (STE) zur Steuerung der Lautstarke ei- nes Lautsprecherelementes (LS) nach einem der Ansprüche 9 bis
Figure imgf000018_0004
die Zuordnungsvorschrift zwischen den das Umgebungsgerausch repräsentierenden Signalen (su) und den Steuersignalen (sv) automatisch an das Benutzerverhalten angepaßt wird.
17. Freisprecheinrichtung (FSE) mit a) einem Lautsprecherelement (LS) b) einem Mikrofonelement (M) c) und einer Steuereinrichtung (STE) nach einem der Ansprüche
18. Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung (KFZE) mit a) einer Vorrichtung zur Aufnahme (VA) von Mobilfunkendgeraten (MFE) , und b) einer Freisprecheinrichtung nach Anspruch 17.
19. Kraftfahrzeugeinbauvorrichtung (KFZE) nach Anspruch 18, bei der die Steuereinrichtung (STE) zumindest zum Teil durch Hardwareeinheiten (DSP) des Mobilfunkendgerates (MFE) realisiert ist.
PCT/DE1997/002995 1997-07-09 1997-12-19 Verfahren und steuereinrichtung zur steuerung der lautstärke eines lautsprecherelementes, freisprecheinrichtung und kraftfahrzeugeinbauvorrichtung WO1999003198A1 (de)

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