WO2014180994A1 - Audioumschalter - Google Patents

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WO2014180994A1
WO2014180994A1 PCT/EP2014/059642 EP2014059642W WO2014180994A1 WO 2014180994 A1 WO2014180994 A1 WO 2014180994A1 EP 2014059642 W EP2014059642 W EP 2014059642W WO 2014180994 A1 WO2014180994 A1 WO 2014180994A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
audio
output
signal
signals
terminals
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/059642
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Amann
Rudolf Redlich
Original Assignee
Jürgen Amann
Rudolf Redlich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jürgen Amann, Rudolf Redlich filed Critical Jürgen Amann
Publication of WO2014180994A1 publication Critical patent/WO2014180994A1/de

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Classifications

    • 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
    • H03G3/34—Muting amplifier when no signal is present or when only weak signals are present, or caused by the presence of noise signals, e.g. squelch systems
    • H03G3/348—Muting in response to a mechanical action or to power supply variations, e.g. during tuning; Click removal circuits

Definitions

  • the present invention relates to an audio switch, with which an audio source or audio component can be selected from a plurality of audio sources or audio components and connected to at least one output.
  • An audio component in the sense of the invention is a device which, among other things, generates audio signals, e.g. a CD player, a PC, a mobile or stationary music player, a radio or TV, or even a mobile phone.
  • audio switches are known, with which a user can connect audio sources or audio components to an output via mechanical switches or by controlling electronic switches.
  • the output can be connected to an amplifier and corresponding speakers, so that the user selects an audio source that he wants to hear via the audio switcher.
  • the different audio sources or audio components may have different ground potentials. This especially concerns devices in which the ground potential of the audio and / or control signals is not galvanically isolated from the mains ground or any other ground, eg the ground of an antenna terminal. Since the ground connections of the connected audio components are connected in the switch, a ground loop is created. In this ground loop comes to potential equalization currents, which are noticeable as a disturbing hum.
  • the PC should be between an audio output of a PC and an audio output of a receiving device with antenna connection be switched.
  • the PC's audio output is not galvanically isolated from the mains ground.
  • the audio output of the receiver is not galvanically isolated from the antenna ground. If both devices are connected to the switch, a connection is established between the ground of the power network of the PC and the antenna ground of the receiving device.
  • the network ground is connected to the antenna ground not only at a central grounding point, but also in the switch, which creates a ground loop.
  • galvanic isolation stages are known, which are connected between the antenna input of the receiving device and the antenna port and thus avoid the formation of the ground loop.
  • the power supply can also be galvanically isolated, but this is not possible with all devices (eg PC).
  • PC In addition to the galvanic separation of the power supply or the antenna connection is also a galvanic isolation of the signal line z. B. possible by means of transformers. It should be noted that the transformers usually have no linear characteristic and a limited bandwidth, which limits the possible applications, especially in the audio field.
  • a so-called "groundliff switch” can be provided. With this the connection between the protective conductor connection of the device and the signal ground in the device is separated.
  • a capacitor is usually used, with disadvantages with respect to the insensitivity to radio incursions and other capacitive interference effects arise.
  • a device for selecting an audio component from a plurality of audio components and connecting terminals of the selected audio component having at least one output, the terminals having audio signals and reference ground, and wherein the device comprises detector circuits for detecting adjacent audio signals for each audio component and at least a device for connecting terminals of the plurality of audio components to the output based on a result of the detector circuit, and wherein the device for connecting the terminals of the plurality of audio components to the output for each audio component at least one switching device for at least one analog audio signal, and at least one
  • the terminals of the plurality of audio components continue to have digital control signals
  • the device to m connecting the terminals of the plurality of audio components to the output for each audio component further comprises at least one switching device for at least one digital control signal.
  • the device has a control device which, before connecting the at least one audio signal of the selected audio component, lowers the signal level of the audio signal and raises the signal level again after the connection. This prevents the switching process and any possible switching spikes from being audible at the output.
  • the control device has a timer, which determines the time sequence of the lowering of the signal level, the connection to the output and the raising of the signal level of the controls at least one audio signal line. This advantageously the time sequence of the switching operation is controlled automatically.
  • the device includes conditioning circuits for conditioning the ports for each audio component.
  • the conditioning circuits may be implemented as analog conditioning circuits for analog audio signals and preferably comprise amplifiers in which the gain is manually adjustable via potentiometers.
  • the level differences between different audio components can be compensated, so that all audio components deliver an equal loud signal at the same set volume.
  • a right / left adjustment is possible.
  • the conditioning circuits comprise digital conditioning circuits for digital control signals, which are preferably designed as Schmitt triggers.
  • digital control signals which are preferably designed as Schmitt triggers.
  • the at least one switching device for the at least one reference ground to a semiconductor switch which is preferably designed as a MOSFET transistor and preferably has an on-state resistance in the open state of 1 kOhm to 10 kOhm. This makes it possible to switch the reference ground of the various audio sources so that disturbing hum by potential equalization currents is prevented.
  • the detector circuit may comprise an integration circuit in an application example.
  • an applied audio signal is advantageously detected, which is automatically connected to the output depending on the assigned priority of the input.
  • the at least one analog audio signal is connected to two analog audio signals of the output, and the device may further include two or more outputs to which the terminals of the selected audio component are connected. This allows the connection of an audio component with two outputs or, for example, with an amplifier with 4 or more speakers, such. B. in surround devices.
  • ports may also have optical ports. This allows you to connect audio components to digital, optical outputs.
  • connection for an activation signal may be present, which is electrically isolated from the output, possibly via the control device.
  • the activation signal can be advantageously used in audio components of certain manufacturers for detecting connected and ready-to-use audio components.
  • a method for selecting an audio component from a plurality of audio components and for connecting the signals of the audio component to at least one output, the terminals having audio signals and reference ground, and wherein the method comprises the steps of detecting adjacent audio signals for each audio component and the audio component Connecting terminals of the plurality of audio components to the output based on a result of the detector circuit, and wherein the connecting further the Lowering the signal level of the at least one audio signal of the selected audio component, connecting the terminals, including the audio signals and the reference ground, of the selected audio component to the output; and raising the signal level of the at least one audio signal of the selected audio component.
  • the steps of lowering, connecting and lifting are automatically controlled by a controller. This prevents the switching process and any possible switching spikes from being audible at the output.
  • Fig. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of the
  • Fig. 2 shows the waveform of various signals that may occur in the switch according to the invention.
  • the inputs 110a and 110b in FIG. 1 have connections for one or more analog audio signals, a data signal, an activation signal and a reference ground for these signals.
  • an input 1 10a, 1 10b may have five analog audio signals if a surround-capable audio component is to be connected thereto.
  • the level of the audio signal is for example 1Veff.
  • the data signal is optionally provided and may be a digital control signal, which may represent an on / off state.
  • the data signal can also be a serial signal in which information is transmitted by changing the level.
  • serial control signals are used to exchange information between the audio component. These can be remote control commands or also control, information or configuration data.
  • multiple digital control signals may be present or information may be transmitted on multiple digital control signals, eg, at network ports.
  • the enable signal is optional and is a digital control signal used to determine if an audio component has been connected to the switch and is ready for use.
  • the activation signal can, for example, also be used for signaling in order to put active loudspeakers into an operating state or to switch them on and off.
  • the activation signal may e.g. be a switched voltage having a level of e.g. + 5V when the audio component is ready.
  • the voltage may have a level of e.g. 0V when the audio component is off or not connected.
  • the evaluation of the activation signal is optional.
  • the activation signal is supplied to the control device 130 via a galvanic isolation stage 120a, 120b.
  • At least one of the inputs can also be designed as an optical connection, such as the input 1 10c shown in FIG.
  • the optical connection can be, for example, a TOSLINK connection, which transmits the audio signals digitally via optical fibers.
  • the input 1 10c has a conversion circuit which converts the optical signal into analog or digital audio signals.
  • the inputs may include a radio-enabled input, such as a Bluetooth or WLAN receiver.
  • the analog audio signals of the input 1 10b, 1 10c is associated with a detector circuit 140b, 140c.
  • the detector circuit determines whether an audio signal is present at the terminals for the analog audio signals. For this purpose, a sum signal is formed from the individual analog audio signals, which is then amplified, filtered and evaluated.
  • the response of the detector circuit is determined by a time constant of the filter circuit. For example, the time constant can be in the range of a few milliseconds.
  • the output of each detector circuit 140b, 140c is connected to the controller 130.
  • the analog audio signals of each input 1 10b, 1 10c are amplified in a subsequent conditioning circuit 150b, 150c by an amplifier to individually adjust the level of the audio signals.
  • the amplifier may be manually adjustable for each analog audio signal to compensate for level differences between the audio channels or to increase or decrease the overall signal level. For manual adjustment of the amplifier potentiometers can be used.
  • matching is performed automatically based on measurements of the audio signals.
  • the device can for this purpose have an operating mode in which a standardized signal is fed or generated and level deviations are determined based on, for example, rms value measurements. Based on the level deviations, the amplifiers can then be adjusted so that the deviations are compensated.
  • the setting can be made, for example, by adjustable electronic potentiometers or programmable amplifiers. In addition, the settings can also be stored in a non-volatile memory.
  • the conditioned audio signals are connected to a switch 160. Via the switch 160, the controller 130 may connect or disconnect the analog audio signals of an input 1 10a, 1 10b, 10c with the analog audio signal terminals of the output 170.
  • the switch 160 may preferably be designed as an analog switch, for example in CMOS technology.
  • the digital control signals described above are connected to digital conditioning circuits 180a, 180b to improve the signal quality and voltage levels of the digital control signals.
  • the digital conditioning circuit 180a, 180b is designed, for example, as a Schmitt trigger.
  • the conditioned control signals are connected to a switch 190. Via the switch 190, the control device 130 can connect or disconnect the digital control signals of the input 1 10a, 110b with the digital control signal connections of the output 170.
  • the switch 190 may preferably be implemented as a digital switch, e.g. a gate in CMOS technology or be designed as transistor logic.
  • a power supply 205 For each input 110a, 110b, 110c, a power supply 205 provides its own supply voltage for the analog conditioning circuit 150a, 150b, 150c, the digital conditioning circuit 180a, 180b, and the detector circuit 140b, 140c, galvanically isolated from the other power supplies.
  • the supply voltage can be + 5V.
  • the reference ground of each of the galvanically isolated supply voltages is connected to a switch 220a, 220b, 220c.
  • the switches 220 a, 220 b, 220 c are adapted to connect a reference ground of the inputs 1 10 a, 1 10 b, 1 10 c to the reference ground of the output 170.
  • a semiconductor switch with low on resistance such as a MOSFET transistor is used.
  • the controller 130 controls the switches 160, 190, 220a, 220b, 220c and a level reduction circuit 210 based on the results of FIG Detector circuits 140b, 140c and the galvanically isolated activation signals of the inputs 1 0a, 1 10b.
  • the controller 130 may be implemented as an analog circuit, digital circuit, analog / digital circuit or as a program stored on a storage medium and executed on a processor.
  • An object of the controller 130 is to connect the inputs 1 10a, 1 10b, 1 10c to the output according to a priority.
  • the signals provided by the input 1 0a are connected to the output 170 as long as no other input 1 10b, 1 10c provides audio signals or activation signals.
  • the control unit 130 controls the switches 160, 190, 220a, 220b, 220c so that the signals provided by the input 1 10b are connected to the output 170.
  • the signals provided by the input 1 10c are connected to the output 170 when audio signals have been detected at the input 1 10c.
  • This feature is also referred to as automatic source management with precedence.
  • the source activation can be done either by detecting an audio signal at an input 1 10b, 1 10c or by the optional activation signal.
  • Each port is assigned a different priority.
  • the priority may be assigned to the ports as described in the exemplary embodiment. However, another prioritization is readily possible and within the scope of the present invention.
  • the assignment of the priority can be fixed or carried out dynamically.
  • a priority assignment of the connections in the control device 130 can be configured to be adjustable or programmable.
  • An already connected input 110b, 110c is disconnected from the output 170 when the controller 130 detects no audio signals from the connected input for a predetermined time.
  • the set time is appropriate to choose so that pauses, music transitions or quiet music passages do not lead to separation. For example, the time may be two minutes before another lower priority active input is selected. If no other input is active, the signals provided by input 1 10a are connected to output 170.
  • Another object of the controller 130 is to separate and connect the signals between the input 1 10a, 1 10b, 1 10c to the output 170 by controlling the switches 160, 190 and 220a, 220b, 220c.
  • the time sequence is shown in FIG.
  • the control circuit 130 detects an active input of higher priority by detecting audio signals or by applying an activation signal, a control signal for lowering the level at the output is generated.
  • This control signal is supplied to the level reduction circuit 210.
  • the level reduction circuit 210 reduces the signal level of the audio signals to such an extent that they are no longer audible.
  • the audio signals may be connected to the reference ground of the output 170.
  • the lowering of the level can e.g. abruptly or within a short period of time, e.g. a few seconds or fractions of a second, continuous (ausfaden).
  • a first step 310 the control device 130 disconnects the connections from the inputs 110a, 110b, 110c to the output 170 by actuating the control signals for the switches 160 and 190.
  • the switch 220a, 220b , 220c the reference ground to the inputs 1 10a, 1 10b, 1 10c separated from the output 170. Steps 310 and 320 may also be performed simultaneously or in reverse order.
  • the analog conditioning circuit 150a, 150b, 150c and the digital conditioning circuit 180a, 180b are supplied via a galvanically isolated supply voltage.
  • the reference ground of the supply voltage is the reference ground of the corresponding Input 1 10a, 1 10b, 1 10c connected. Strict galvanic isolation of the inputs prevents ground loops and the resulting potential equalization currents. The disturbing hum therefore does not occur.
  • the potentials are connected via suitable resistors to the reference ground of the output.
  • the suitable resistance preferably has a value in the range of 1 kOhm to 10 kOhm. If the resistance is chosen too small, audible potential equalization currents flow between the different masses. If the resistance is chosen too large, the potential differences can not be reduced sufficiently.
  • step 330 the reference ground of the new input 110a, 110b, 110c is connected to the reference ground of the output 170 by applying appropriate control signals to the switch 220a, 220b, 220c.
  • step 340 the analog audio signals and the digital control signals of the new input 1 10a, 1 10b, 1 10c are connected to the output 170. Steps 330 and 340 may also be performed simultaneously or in reverse order.
  • step 350 the control signal from the level reduction circuit 210 is reset so that the analog audio signals are available at the output 170.
  • the withdrawal of the level reduction can be carried out abruptly or continuously in a short time interval.
  • the switchover has thus taken place and the signals are available at the output.
  • the inputs could include analog and / or digital and / or optical and / or radio-enabled inputs and / or one or more outputs may be provided.

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Abstract

Vorrichtung zum Auswählen einer Audiokomponente aus einer Vielzahl von Audiokomponenten und zum Verbinden von Anschlüssen (110a, 110b, 110c) der ausgewählten Audiokomponente mit mindestens einem Ausgang (170), wobei die Anschlüsse (110a, 110b, 110c) Audiosignale und Bezugsmassen aufweisen. Die Vorrichtung weist ferner Detektorschaltungen (140b, 140c) zum Detektieren anliegender Audiosignale für jede Audiokomponente mit mindestens einer Vorrichtung zum Verbinden (160, 190, 220a, 220b, 220c) von Anschlüssen der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang basierend auf einem Ergebnis der Detektorschaltung auf. Die Vorrichtung zum Verbinden (160, 190, 220a, 220b, 220c) der Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang (170) für jede Audiokomponente weist mindestens eine Schaltvorrichtung (160) für mindestens ein analoges Audiosignal, und mindestens eine Schaltvorrichtung (220a, 220b, 220c) für mindestens eine Bezugsmasse auf.

Description

Audioumschalter
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Audioumschalter, mit dem eine Audioquelle bzw. Audiokomponente aus mehreren Audioquellen bzw. Audiokomponenten ausgewählt und mit mindestens einem Ausgang verbunden werden kann. Eine Audiokomponente im Sinne der Erfindung ist ein Gerät, welches unter anderem Audiosignale erzeugt, wie z.B. ein CD Spieler, ein PC, ein mobiler oder stationärer Musikspieler, ein Radio- oder Fernsehgerät oder auch ein Mobiltelefon.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Audioumschalter bekannt, mit denen ein Nutzer über mechanische Schalter oder durch Steuern von elektronischen Schaltern Audioquellen bzw. Audiokomponenten mit einem Ausgang verbinden kann. Der Ausgang kann mit einem Verstärker und entsprechenden Lautsprechern verbunden sein, so dass der Nutzer über den Audioumschalter eine Audioquelle auswählt, die er hören möchte. Dabei besteht das Problem, dass die verschiedenen Audioquellen oder Audiokomponenten unterschiedliche Massepotentiale aufweisen können. Das betrifft vor allem Geräte, bei denen das Massepotential der Audio- und/oder Steuersignale nicht galvanisch von der Netzmasse oder einer anderen Masse, z.B. der Masse eines Antennenanschlusses getrennt ist. Da in dem Umschalter die Masseverbindungen der angeschlossenen Audiokomponenten verbunden werden, entsteht eine Masseschleife. In dieser Masseschleife kommt zu Potentialausgleichsströmen, die sich als störendes Brummen bemerkbar machen. In einem beispielhaften Aufbau soll zwischen einem Audioausgang eines PCs und einem Audioausgang eines Empfangsgerätes mit Antennenanschluss umgeschaltet werden. Der Audioausgang des PCs ist nicht galvanisch von der Netzmasse getrennt. Ebenfalls ist der Audioausgang des Empfangsgerätes nicht galvanisch von der Antennenmasse getrennt. Werden beide Geräte mit dem Umschalter verbunden, entsteht eine Verbindung zwischen der Masse des Stromnetzes des PCs und der Antennenmasse des Empfangsgerätes. Somit wird die Netzmasse mit der Antennenmasse nicht nur an einem zentralen Erdungspunkt, sondern auch in dem Umschalter verbunden, was eine Masseschleife entstehen lässt. Um das Brummen zu vermeiden, sind im Stand der Technik galvanische Trennstufen bekannt, die zwischen dem Antenneneingang des Empfangsgerätes und dem Antennenanschluss geschaltet werden und somit die Bildung der Masseschleife vermeiden. Auch kann die Spannungsversorgung galvanisch getrennt ausgeführt werden, was aber nicht bei allen Geräten möglich ist (z. B. PC). Neben dem galvanischen Trennen der Stromversorgung oder der Antennenverbindung ist auch eine galvanische Trennung der Signalleitung z. B. mittels Übertrager möglich. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Übertrager meist keine lineare Kennlinie sowie eine beschränkte Bandbreite haben, was die Einsatzmöglichkeiten insbesondere im Audiobereich beschränkt.
In tontechnischen Geräten kann auch ein sogenannter„Groundliff-Schalter vorgesehen werden. Mit diesem wird die Verbindung zwischen dem Schutzleiteranschluss des Gerätes und der Signalmasse im Gerät aufgetrennt. Dazu wird in der Regel ein Kondensator eingesetzt, wobei Nachteile bezüglich der Unempfindlichkeit gegenüber Funkeinstrahlungen und anderen kapazitiven Störeinflüssen entstehen.
Die hier dargestellte Erfindung ermöglicht es, verschiedene Audioquellen bzw. Audiokomponenten ohne die Bildung von Masseschleifen und das dadurch entstehende Brummgeräusch umzuschalten. Es wird eine Vorrichtung zum Auswählen einer Audiokomponente aus einer Vielzahl von Audiokomponenten und zum Verbinden von Anschlüssen der ausgewählten Audiokomponente mit mindestens einem Ausgang vorgestellt, wobei die Anschlüsse Audiosignale und Bezugsmassen aufweisen, und wobei die , Vorrichtung Detektorschaltungen zum Detektieren anliegender Audiosignale für jede Audiokomponente sowie mindestens eine Vorrichtung zum Verbinden von Anschlüssen der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang basierend auf einem Ergebnis der Detektorschaltung aufweist und wobei die Vorrichtung zum Verbinden der Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang für jede Audiokomponente mindestens eine Schaltvorrichtung für mindestens ein analoges Audiosignal, und mindestens eine Schaltvorrichtung für mindestens eine Bezugsmasse aufweist, In einem Anwendungsbeispiel weisen die Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten weiterhin digitale Steuersignale auf, und die Vorrichtung zum Verbinden der Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang für jede Audiokomponente weist weiterhin mindestens eine Schaltvorrichtung für mindestens ein digitales Steuersignal auf. Dadurch können Masseschleifen auch für digitale Steuersignale zum Datenaustausch zwischen Audiokomponenten verhindert werden.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die vor dem Verbinden des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente den Signalpegel des Audiosignals absenkt und nach dem Verbinden den Signalpegel wieder anhebt. Dadurch wird verhindert, dass der Schaltvorgang und eventuell auftretende Schaltspitzen am Ausgang hörbar sind. In einem weiteren Anwendungsbeispiel weist die Steuereinrichtung einen Zeitgeber auf, der den zeitlichen Ablauf des Absenkens des Signalpegels, des Verbindens mit dem Ausgang und des Anhebens des Signalpegels der mindestens einen Audiosignalleitung steuert. Hiermit wird vorteilhaft die zeitliche Abfolge des Schaltvorgangs automatisch gesteuert.
In weiteren Anwendungsbeispielen weist die Vorrichtung Konditionierungsschaltungen zum Konditionieren der Anschlüsse für jede Audiokomponente auf. Die Konditionierungsschaltungen können als analoge Konditionierungsschaltungen für analoge Audiosignale ausgeführt sein und vorzugsweise Verstärker aufweisen, bei denen die Verstärkung manuell über Potentiometer einstellbar ist. Dadurch können die Pegeldifferenzen zwischen unterschiedlichen Audiokomponenten ausgeglichen werden, so dass alle Audiokomponenten bei gleicher eingestellter Lautstärke ein gleich lautes Signal liefern. Zusätzlich ist ein Rechts/Links Abgleich möglich.
In zusätzlichen Anwendungsbeispielen weisen die Konditionierungs- Schaltungen digitale Konditionierungsschaltungen für digitale Steuersignale auf, die bevorzugt als Schmitt-Trigger ausgeführt sind. Somit wird eine hohe Signalqualität auch für die digitalen Steuersignale ermöglicht.
In weiteren Anwendungsbeispielen weist die mindestens eine Schaltvorrichtung für die mindestens eine Bezugsmasse einen Halbleiterschalter auf, der bevorzugt als MOSFET Transistor ausgeführt ist und bevorzugt einen Durchlasswiderstand im geöffneten Zustand von 1 kOhm bis 10 kOhm aufweist. Hierdurch ist es möglich, die Bezugsmassen der verschiedenen Audioquellen so zu schalten, dass störendes Brummen durch Potentialausgleichströme verhindert wird.
Die Detektorschaltung kann in einem Anwendungsbeispiel eine Integrationsschaltung aufweisen. Dadurch wird vorteilhaft ein anliegendes Audiosignal erkannt, welches in Abhängigkeit von der zugewiesenen Priorität des Eingangs automatisch mit dem Ausgang verbunden wird.
In zusätzlichen Anwendungsbeispielen werden Spannungsversorgungen mit galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen und Bezugsmassen vorgesehen, wobei bevorzugt für jeden Anschluss eine eigene Spannungsversorgung mit galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen und Bezugsmassen vorgesehen ist. Das ermöglicht eine vollständige galvanische Trennung der Eingänge und verhindert Masseschleifen über die Versorgungsspannung.
In zusätzlichen Anwendungsbeispielen wird das mindestens eine analoge Audiosignal mit zwei analogen Audiosignalen des Ausgangs verbunden, wobei die Vorrichtung weiterhin auch zwei oder mehrere Ausgänge aufweisen kann, mit denen die Anschlüsse der ausgewählten Audiokomponente verbunden werden. Das ermöglicht das Verbinden einer Audiokomponente mit zwei Ausgängen oder beispielsweise mit einem Verstärker mit 4 oder mehr Lautsprechern, wie z. B. bei Surround-Geräten. In einem Anwendungsbeispiel können Anschlüsse auch optische Anschlüsse aufweisen. Das ermöglicht das Verbinden von Audiokomponenten mit digitalen, optischen Ausgängen.
In einem anderen Anwendungsbeispiel kann ein Anschluss für ein Aktivierungssignal vorhanden sein, der mit dem Ausgang galvanisch getrennt verbunden ist, und zwar ggf. über die Steuereinrichtung. Das Aktivierungssignal kann vorteilhaft bei Audiokomponenten bestimmter Hersteller zum Detektieren angeschlossener und betriebsbereiter Audiokomponenten verwendet werden.
Ferner ist auch ein Verfahren zum Auswählen einer Audiokomponente aus einer Vielzahl von Audiokomponenten und zum Verbinden der Signale der Audiokomponente mit mindestens einem Ausgang vorgesehen, wobei die Anschlüsse Audiosignale und Bezugsmassen aufweisen, und wobei das Verfahren die Schritte des Detektierens anliegender Audiosignale für jede Audiokomponente und des Verbindens von Anschlüssen der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang basierend auf einem Ergebnis der Detektorschaltung aufweisen und wobei das Verbinden weiterhin das Absenken des Signalpegels des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente, das Verbinden der Anschlüsse, einschließlich der Audiosignale und der Bezugsmasse, der ausgewählten Audiokomponente mit dem Ausgang; und das Anheben des Signalpegels des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente aufweist.
Bevorzugt werden die Schritte des Absenkens, des Verbindens und des Anhebens automatisiert durch eine Steuereinrichtung gesteuert. Dadurch wird verhindert, dass der Schaltvorgang und eventuell auftretende Schaltspitzen am Ausgang hörbar sind.
Detaillierte Beschreibung
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung; Fig. 2 den Signalverlauf verschiedener Signale, die beim erfindungsgemäßen Umschalter auftreten können.
Die Eingänge 1 10a und 1 10b in Figur 1 weisen Anschlüsse für ein oder mehrere analoge Audiosignale, ein Datensignal, ein Aktivierungssignal und eine Bezugsmasse für diese Signale auf.
Beispielsweise liegen am Eingang 1 10a und/oder 1 10b zwei analoge Audiosignale an, jeweils eines für den rechten und eines für den linken Audio- Kanal. Alternativ dazu kann ein Eingang 1 10a, 1 10b fünf analoge Audiosignale aufweisen, wenn daran eine surroundfähige Audiokomponente angeschlossen werden soll. Der Pegel des Audiosignals beträgt beispielsweise 1Veff. Das Datensignal ist wahlweise vorgesehen und kann ein digitales Steuersignal sein, was einen An/Aus Zustand darstellen kann. Das Datensignal kann aber auch ein serielles Signal sein, bei dem Information durch Wechseln des Pegels übertragen wird. Beispielsweise werden serielle Steuersignale genutzt, um Informationen zwischen den Audiokomponente auszutauschen. Das können Fernbedienungsbefehle oder auch Steuer-, Informations- oder Konfigurationsdaten sein. In einem Anwendungsbeispiel können mehrere digitale Steuersignale vorliegen oder Informationen auf mehreren digitalen Steuersignalen übertragen werden, z.B. bei Netzwerkanschlüssen.
Das Aktivierungssignal ist wahlweise vorgesehen und ist ein digitales Steuersignal mit dem festgestellt wird, ob eine Audiokomponente an den Umschalter angeschlossen wurde und betriebsbereit ist. Das Aktivierungssignal kann beispielsweise auch zur Signalisierung dienen, um Aktivlautsprecher in einen Betriebszustand zu versetzen bzw. ein- und auszuschalten. Das Aktivierungssignal kann z.B. eine geschaltete Spannung sein, die einen Pegel von z.B. +5V aufweist, wenn die Audiokomponente betriebsbereit ist. Die Spannung kann einen Pegel von z.B. 0V aufweisen, wenn die Audiokomponente ausgeschaltet ist oder nicht angeschlossen ist. Die Auswertung des Aktivierungssignals ist optional. Das Aktivierungssignal wird über eine galvanische Trennstufe 120a, 120b der Steuereinrichtung 130 zugeführt.
Mindestens einer der Eingänge kann auch als optischer Anschluss ausgeführt sein, wie der in Figur 1 dargestellte Eingang 1 10c. Der optische Anschluss kann beispielsweise ein TOSLINK Anschluss sein, der die Audiosignale digital über Lichtwellenleiter überträgt. Dabei besitzt der Eingang 1 10c eine Wandlungsschaltung, die das optische Signal in analoge oder digitale Audiosignale umwandelt. Ferner können die Eingänge einen mit Funktechnik versehenen Eingang aufweisen, wie beispielsweise einen Bluetooth- oder WLAN-Empfänger.
Den analogen Audiosignalen des Eingangs 1 10b, 1 10c ist eine Detektorschaltung 140b, 140c zugeordnet. Die Detektorschaltung bestimmt, ob an den Anschlüssen für die analogen Audiosignale ein Audiosignal anliegt. Dazu wird aus den einzelnen analogen Audiosignalen ein Summensignal gebildet, welches anschließend verstärkt, gefiltert und ausgewertet wird . Das Ansprechverhalten der Detektorschaltung wird durch eine Zeitkonstante der Filterschaltung bestimmt. Beispielsweise kann die Zeitkonstante im Bereich von wenigen Millisekunden liegen. Das Ausgangssignal jeder Detektorschaltung 140b, 140c ist mit der Steuereinrichtung 130 verbunden.
Die analogen Audiosignale jedes Eingangs 1 10b, 1 10c werden in einer nachfolgenden Konditionierungsschaltung 150b, 150c durch einen Verstärker verstärkt bzw. abgeschwächt, um den Pegel der Audiosignale individuell anzupassen. Der Verstärker kann für jedes analoge Audiosignal manuell einstellbar ausgeführt sein, um Pegelabweichungen zwischen den Audiokanälen auszugleichen oder um den Signalpegel insgesamt zu erhöhen oder zu verringern. Zum manuellen Abgleich des Verstärkers können Potentiometer verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Abgleich automatisch basierend auf Messungen der Audiosignale durchgeführt. Die Vorrichtung kann dafür einen Betriebsmodus aufweisen, in dem ein genormtes Signal eingespeist oder erzeugt wird und Pegelabweichungen basierend auf z.B. Effektivwertmessungen bestimmt werden. Anhand der Pegelabweichungen können die Verstärker dann so eingestellt werden, dass die Abweichungen ausgeglichen werden. Die Einstellung kann beispielsweise durch einstellbare elektronische Potentiometer oder programmierbare Verstärker vorgenommen werden. Zusätzlich können die Einstellungen auch in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt werden. Die konditionierten Audiosignale sind mit einem Schalter 160 verbunden. Über den Schalter 160 kann die Steuereinrichtung 130 die analogen Audiosignale eines Eingangs 1 10a, 1 10b, 10c mit den analogen Audiosignalanschlüssen des Ausgangs 170 verbinden oder abtrennen. Der Schalter 160 kann bevorzugt als Analogschalter, z.B. in CMOS Technologie ausgeführt sein.
Die oben beschriebenen digitalen Steuersignale sind mit digitalen Konditionierungsschaltungen 180a, 180b verbunden, um die Signalqualität und Spannungspegel der digitalen Steuersignale zu verbessern. Die digitale Konditionierungsschaltung 180a, 180b ist beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgeführt. Die konditionierten Steuersignale sind mit einem Schalter 190 verbunden. Über den Schalter 190 kann die Steuereinrichtung 130 die digitalen Steuersignale des Eingangs 1 10a, 1 10b mit den digitalen Steuersignalanschlüssen des Ausgangs 170 verbinden oder abtrennen. Der Schalter 190 kann bevorzugt als Digitalschalter, z.B. ein Gatter in CMOS Technologie oder als Transistorlogik ausgeführt sein.
Für jeden Eingang 1 10a, 1 10b, 1 10c stellt eine Spannungsversorgung 205 eine eigene, von den anderen Spannungsversorgungen galvanisch getrennte Versorgungsspannung für die analoge Konditionierungsschaltung 150a, 150b, 150c, die digitale Konditionierungsschaltung 180a, 180b und die Detektorschaltung 140b, 140c bereit. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung +5V betragen. Die Bezugsmasse jeder der galvanisch getrennten Versorgungsspannungen ist mit einem Schalter 220a, 220b, 220c verbunden.
Die Schalter 220a, 220b, 220c sind geeignet, eine Bezugsmasse der Eingänge 1 10a, 1 10b, 1 10c mit der Bezugsmasse des Ausgangs 170 zu verbinden. Dazu wird ein Halbleiterschalter mit geringem Durchlasswiderstand wie z.B. ein MOSFET Transistor verwendet.
Die Steuereinrichtung 130 steuert die Schalter 160, 190, 220a, 220b, 220c sowie eine Pegelabsenkungschaltung 210 basierend auf den Ergebnissen der Detektorschaltungen 140b, 140c sowie der galvanisch getrennten Aktivierungssignale der Eingänge 1 0a, 1 10b. Die Steuereinrichtung 130 kann als analoge Schaltung, digitale Schaltung, analog / digitale Schaltung oder als Programm, welches auf einem Speichermedium gespeichert ist und auf einem Prozessor abgearbeitet wird, ausgeführt sein.
Eine Aufgabe der Steuereinrichtung 130 ist es, die Eingänge 1 10a, 1 10b, 1 10c entsprechend einer Priorität mit dem Ausgang zu verbinden. Dabei werden standardmäßig die Signale, die der Eingang 1 0a bereitstellt, mit dem Ausgang 170 verbunden, solange kein anderer Eingang 1 10b, 1 10c Audiosignale oder Aktivierungssignale liefert. Liefert Eingang 1 10b entsprechende Audiosignale oder Aktivierungssignale, so steuert die Steuereinheit 130 die Schalter 160, 190, 220a, 220b, 220c so an, dass die durch den Eingang 1 10b bereitgestellten Signale mit dem Ausgang 170 verbunden sind. In gleicher Art werden die Signale, die durch den Eingang 1 10c bereitgestellt werden, mit dem Ausgang 170 verbunden, wenn Audiosignale am Eingang 1 10c detektiert wurde. Diese Funktion wird auch als automatische Quellenverwaltung mit Vorrangschaltung bezeichnet. Die Quellenaktivierung kann sowohl durch Detektieren eines Audiosignals an einem Eingang 1 10b, 1 10c oder durch das optionale Aktivierungssignal erfolgen.
Jedem Anschluss ist eine unterschiedliche Priorität zugeordnet. Die Priorität kann den Anschlüssen so zugeordnet sein, wie es im Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Jedoch ist eine andere Prioritätszuordnung ohne weiteres möglich und im Bereich der vorliegenden Erfindung. Die Zuordnung der Priorität kann fest eingestellt sein oder dynamisch erfolgen. Beispielsweise kann eine Prioritätszuordnung der Anschlüsse in der Steuereinrichtung 130 einstellbar bzw. programmierbar ausgeführt sein.
Ein bereits verbundener Eingang 1 10b, 1 10c wird von dem Ausgang 170 getrennt, wenn die Steuereinrichtung 130 eine festgelegte Zeit keine Audiosignale von dem verbundenen Eingang detektiert. Die festgelegte Zeit ist zweckmäßigerweise so zu wählen, dass Sprechpausen, Musikübergänge oder leise Musikpassagen nicht zur Trennung führen. Beispielsweise kann die Zeit zwei Minuten betragen, bevor ein anderer aktiver Eingang mit geringerer Priorität ausgewählt wird. Ist kein anderer Eingang aktiv, so werden die von Eingang 1 10a bereitgestellten Signale mit dem Ausgang 170 verbunden.
Eine weitere Aufgabe der Steuereinrichtung 130 ist das Trennen und Verbinden der Signale zwischen dem Eingang 1 10a, 1 10b, 1 10c mit dem Ausgang 170 durch Steuerung der Schalter 160, 190 und 220a, 220b, 220c. Die zeitliche Abfolge wird in Figur 2 dargestellt. Wenn die Steuerschaltung 130 durch Detektieren von Audiosignalen oder durch das Anlegen eines Aktivierungssignals einen aktiven Eingang mit höherer Priorität feststellt, wird ein Steuersignal zum Absenken des Pegels am Ausgang erzeugt. Dieses Steuersignal wird der Pegelabsenkungsschaltung 210 zugeführt. Die Pegelabsenkungsschaltung 210 reduziert den Signalpegel der Audiosignale soweit, dass diese nicht mehr hörbar sind. Beispielsweise können die Audiosignale mit der Bezugsmasse des Ausgangs 170 verbunden werden. Das Absenken des Pegels kann z.B. abrupt oder innerhalb eines kurzen Zeitraums, z.B. wenigen Sekunden oder Sekundenbruchteilen, kontinuierlich erfolgen (ausfaden).
D e Steuereinrichtung 130 trennt in einem ersten Schritt 310 die Verbindung von den Eingängen 1 10a, 1 10b, 1 10c zu dem Ausgang 170 durch Ansteuern der Steuersignale für die Schalter 160 und 190. In einem nächsten Schritt 320 wird über den Schalter 220a, 220b, 220c die Bezugsmasse zu den Eingängen 1 10a, 1 10b, 1 10c vom Ausgang 170 getrennt. Die Schritte 310 und 320 können auch gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
Wie bereits weiter oben beschrieben, wird für jeden Eingang die Detektorschaltung 140b, 140c, die analoge Konditionierungsschaltung 150a, 150b, 150c und die digitale Konditionierungsschaltung 180a, 180b über eine galvanische getrennte Versorgungsspannung versorgt. Die Bezugsmasse der Vorsorgungsspannung ist mit der Bezugsmasse des entsprechenden Eingangs 1 10a, 1 10b, 1 10c verbunden. Durch eine strikte galvanische Trennung der Eingänge werden Masseschleifen und die dadurch entstehenden Potentialausgleichsströme verhindert. Das störende Brummen tritt deshalb nicht auf.
Allerdings kann die galvanische Trennung dazu führen, dass zwischen den einzelnen Bezugsmassen große Potentialunterschiede entstehen, die zur Zerstörung der elektrischen Schaltungen führen können. Deshalb sind die Potentiale über geeignete Widerstände mit der Bezugsmasse des Ausgangs verbunden. Der geeignete Widerstand hat bevorzugt einen Wert im Bereich von 1 kOhm bis 10 kOhm. Wird der Widerstand zu klein gewählt, fließen hörbare Potentialausgleichsströme zwischen den verschiedenen Massen. Wird der Widerstand zu groß gewählt, können die Potentialunterschiede nicht ausreichend abgebaut werden.
Im Schritt 330 wird die Bezugsmasse des neuen Eingangs 1 10a, 1 10b, 1 10c durch das Anlegen entsprechender Steuersignale an den Schalter 220a, 220b, 220c mit der Bezugsmasse des Ausgangs 170 verbunden. Im Schritt 340 werden die analogen Audiosignale und die digitalen Steuersignale des neuen Eingangs 1 10a, 1 10b, 1 10c mit dem Ausgang 170 verbunden. Die Schritte 330 und 340 können auch gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
Im Schritt 350 wird das Steuersignal von der Pegelabsenkungsschaltung 210 rückgesetzt, so dass die analogen Audiosignale am Ausgang 170 zur Verfügung stehen. Dabei kann die Rücknahme der Pegelabsenkung abrupt oder kontinuierlich in einem kurzen Zeitintervall durchgeführt werden.
Die Umschaltung ist somit erfolgt und die Signale stehen am Ausgang bereit.
Alle Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung, wie sie oben sowie nachfolgend in den Patentansprüchen beschrieben sind, sind - soweit kompatibel und sich nicht gegenseitig ausschließend - frei miteinander kombinierbar. Beispielsweise könnten die Eingänge analoge und/oder digitale und/oder optische und/oder mit Funktechnik versehene Eingänge aufweisen und/oder es können ein Ausgang oder mehrere Ausgänge vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Auswählen einer Audiokomponente aus einer Vielzahl von Audiokomponenten und zum Verbinden von Anschlüssen (1 10a, 1 10b,
1 10c) der ausgewählten Audiokomponente mit mindestens einem Ausgang (170), wobei die Anschlüsse (1 10a, 1 10b, 1 10c) Audiosignale und Bezugsmassen aufweisen, und wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist:
Detektorschaltungen (140b, 140c) zum Detektieren anliegender
Audiosignale für jede Audiokomponente;
mindestens eine Vorrichtung zum Verbinden (160, 190, 220a, 220b,
220c) von Anschlüssen der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang basierend auf einem Ergebnis der Detektorschaltung;
wobei die Vorrichtung zum Verbinden (160, 190, 220a, 220b, 220c) der
Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang (170) für jede Audiokomponente folgendes aufweist:
mindestens eine Schaltvorrichtung (160) für mindestens ein analoges Audiosignal, und
mindestens eine Schaltvorrichtung (220a, 220b, 220c) für mindestens eine Bezugsmasse.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Anschlüsse (1 10a, 1 1 Ob, 1 10c) der Vielzahl von Audiokomponenten weiterhin digitale Steuersignale aufweisen; und
wobei die Vorrichtung zum Verbinden (160, 190, 220a, 220b, 220c) der Anschlüsse der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang (170) für jede Audiokomponente weiterhin mindestens eine Schaltvorrichtung (190) für mindestens ein digitales Steuersignal aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Steuereinrichtung (130) aufweist, die vor dem Verbinden des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente den Signalpegel des Audiosignals absenkt und nach dem Verbinden den Signalpegel wieder anhebt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (130) weiterhin einen Zeitgeber aufweist, der den zeitlichen Ablauf des Absenkens des Signalpegels, des Verbindens mit dem Ausgang und des Anhebens des Signalpegels der mindestens einen Audiosignalleitung steuert.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Konditionierungsschaltungen (150b, 150c, 180a, 180b) zum
Konditionieren der Anschlüsse für jede Audiokomponente aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Konditionierungsschaltungen analoge Konditionierungsschaltungen (150b, 150c) für analoge Audiosignale aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die analogen Konditionierungsschaltungen (150b, 150c) für analogen Audiosignale Verstärker aufweisen, bei denen die Verstärkung manuell über Potentiometer einstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Konditionierungsschaltungen digitale Konditionierungsschaltungen (180a, 180b) für digitale Steuersignale aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die digitalen Konditionierungsschaltungen (180a, 180b) für digitale Steuersignale Schmitt- Trigger aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schaltvorrichtung (220a, 220b, 220c) für die mindestens eine Bezugsmasse ein Halbleiterschalter ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Halbleiterschalter ein MOSFET Transistor ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schaltvorrichtung (220a, 220b, 220c) für mindestens eine
Bezugsmasse einen Durchlasswiderstand im geöffneten Zustand von 1 kOhm bis 10 kOhm hat.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorschaltung (140b, 140c) eine Integrationsschaltung aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin Spannungsversorgungen (205) mit galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen und Bezugsmassen aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei für jeden Anschluss eine eigene Spannungsversorgung (205) mit galvanisch voneinander getrennten Versorgungsspannungen und Bezugsmassen vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine analoge Audiosignal mit zwei analogen Audiosignalen des Ausgangs (170) verbunden wird.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwei Ausgänge (170) aufweist, mit denen die Anschlüsse der ausgewählten
Audiokomponente verbunden werden.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlüsse (1 10c) einen optischen Anschluss aufweisen.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Anschluss für ein Aktivierungssignal aufweist, das mit dem Ausgang (170) galvanisch getrennt verbunden ist, und zwar ggf. über die Steuereinrichtung (130).
20. Verfahren zum Auswählen einer Audiokomponente aus einer Vielzahl von Audiokomponenten und zum Verbinden der Signale der Audiokomponente mit mindestens einem Ausgang (170), wobei die Anschlüsse (1 10a, 1 10b,
1 10c) Audiosignale und Bezugsmassen aufweisen, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Detektieren anliegender Audiosignale für jede Audiokomponente;
Verbinden von Anschlüssen der Vielzahl von Audiokomponenten mit dem Ausgang (170) basierend auf einem Ergebnis des Detektierens, wobei das Verbinden folgendes aufweist:
Absenken des Signalpegels des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente;
Verbinden der Anschlüsse, einschließlich der Audiosignale und der Bezugsmasse, der ausgewählten Audiokomponente mit dem Ausgang
(170); und
Anheben des Signalpegels des mindestens einen Audiosignals der ausgewählten Audiokomponente.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Schritte des Absenkens, des Verbindens und des Anhebens automatisiert erfolgen, gesteuert durch eine Steuereinrichtung (130).
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