WO2024194299A1 - Psychoakustische kalibrierung eines audiowiedergabesystems - Google Patents

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WO2024194299A1
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masking
test tone
input signal
noise
signal level
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French (fr)
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Robert Rosenkranz
Franz Herrmann
M. Ercan Altinsoy
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Technische Universitaet Dresden
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Technische Universitaet Dresden
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/01—Aspects of volume control, not necessarily automatic, in sound systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the psychoacoustic calibration of an audio reproduction system, which comprises the steps of a. providing a masking noise with an input signal level L ⁇ , where ne N and a frequency range f M by a data processing device, generating the masking noise by a signal generator, transmitting the masking signal to an audio reproduction system and reproducing it thereon with an output sound level with unknown control deviation L e (fivi); b. providing a test tone with an input signal level L T and a frequency f T by the data processing device, generating the test tone by a signal generator, transmitting the test tone to the audio reproduction system and reproducing it thereon with an unknown output sound level; c.
  • audio signals are of crucial importance in numerous applications. For example, in quality assurance in the automotive sector or in the area of household appliances. In the production of audio content such as films, music or games. Or in future big data models for noise synthesis, analogous to Stable Diffusion for images or ChatGPT for text.
  • audio playback systems are, on the one hand, very heterogeneous in terms of the hardware used.
  • settings of the audio playback system are constantly changed by the user.
  • calibration of the playback is therefore necessary. Only calibration enables precise control over the sound level and frequency response of the audio playback system. This is the only way to ensure that the user of the respective playback system hears the sound in a controlled manner as intended by the provider of the sound. This applies, for example, to the collection of auditory test subjects' opinions about sounds, for example for quality management or as training data for training prediction models, for example using "machine learning".
  • the second approach attempts to identify the frequency response from a database using the type designation of the audio playback system used, e.g. the headphones, and thus compensate the frequency response.
  • the identification of the entire transfer function of all conceivable audio playback systems is only inadequately possible using a type designation.
  • the entire audio playback system usually consists of several subsystems (sound card, amplifier, loudspeaker), which means that the properties of all subsystems must be taken into account, all of which must be correctly recorded in a database.
  • this does not take into account any manufacturing-related variation in the frequency response of the parts of the playback system.
  • this does not allow the playback level to be calibrated, as this can be freely set or adjusted in the sound card or amplifier, for example.
  • the third approach (US 2003/0078515 A1) aims to allow the user to dynamically adjust the sound level of the playback system so that a defined external noise is perceived as being of the same volume, thus achieving a calibration of the overall playback level.
  • the only known psychoacoustic method (US 8,059,833 B2) is based on the resting hearing threshold and thus on the anatomical properties of the ear with regard to its sensitivity. This has the crucial disadvantage that the resting hearing threshold must be used as an internal measurement standard.
  • the resting hearing threshold generally increases sharply with increasing age. However, this increase in the resting hearing threshold is also strongly dependent on the previous individual noise exposure. Calibration based on the user's resting hearing threshold is therefore only possible with a large error, as the measurement standard fluctuates greatly.
  • this method is more suitable for compensating for individual limitations of the audio playback situation than for calibrating the audio system itself.
  • US 8059833 B2 discloses a reverse psychoacoustic measurement method. This method works with the user's quiet hearing threshold. However, this has the major disadvantage that there is usually always background noise whose sound level is above the quiet hearing threshold and thus distorts the measurement. In addition, the Resting hearing threshold is highly inter-individual dependent and is subject to change particularly with increasing age.
  • US 2003/0055627 A1 deals with noise suppression in speech processing. However, the method only uses masking curves to determine the audibility of noise components, not to calibrate audio reproduction in general or its sound level in particular.
  • EP 0 989 776 A2 deals with adjusting the sound levels of individual loudspeakers in a multi-channel system relative to one another so that the directional information of multi-channel audio is transmitted correctly.
  • the audio signals of the various loudspeakers are to be measured at the listener's position using microphones, for example.
  • microphones for example.
  • EP 0 989 776 A2 suggests including the user's perception in the loudness adjustment of several channels. However, this subjective method is not explained in more detail.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method with which an exact calibration of the frequency response and the playback level of any unknown audio playback system is made possible remotely using a psychoacoustic method.
  • the method is intended to eliminate the disadvantages of the prior art and in particular to be insensitive to typical, low background noise levels and to individual shifts in the quiet hearing threshold.
  • a masking noise with an input signal level L ⁇ where ne N and a frequency range fw is first generated by a Data processing device, transmitted to an audio playback system and played back on it.
  • the masking noise is output on the audio playback system with an output sound level with unknown control deviation L e (fivi).
  • the output sound level generally does not correspond to the input signal level since, as already described, this is influenced by the technical properties of the audio playback system.
  • Calibration in the sense of the invention is to be understood as meaning that the sound pressure level and frequency response of the audio system are calibrated.
  • a data processing device in the sense of the invention is understood to be, for example, a local computer or a remote server.
  • the data processing device has suitable software to provide the masking noise and the test tone and to control the audio playback device and the signal generators accordingly.
  • the frequency range fw of the masking noise depends on the physical properties of the sound generation by the audio reproduction system, e.g. the driver size. In one embodiment, the frequency range fw of the masking noise is therefore limited depending on the audio reproduction system.
  • the width of the frequency range fw of the masking noise can, in one embodiment, comprise, for example, a tone, a third, or several frequency groups.
  • the masking noise may be, for example, a band-limited noise, a sine tone, or another noise suitable as a masking noise.
  • the frequency range fw of the masking noise lies at least partially in the audible range of the frequency spectrum.
  • the method is used for several masking noises, wherein the frequency ranges fw of the masking noises cover approximately the entire audible range one after the other.
  • the frequency range of the masking noise can therefore lie in the range from 20 Hz to 20 kHz.
  • the input signal level L ⁇ of the masking noise should be set such that the sound level generated by the audio reproduction system is between 20 and 100 dB, preferably between 30 and 90 dB, particularly preferably between 50 and 90 dB.
  • test tone with an input signal level L T and a frequency fr is provided by the same data processing device, transmitted to the same audio reproduction system and reproduced thereon.
  • the test tone is also output by the audio reproduction system with an unknown output sound level which generally does not correspond to the input signal level.
  • the test tone can be, for example, a sine tone.
  • the masking noise and the test tone are reproduced at least partially simultaneously on the audio reproduction system.
  • the reproduction of the test tone can begin before the reproduction of the masking noise and/or last longer than the reproduction of the masking noise on the audio reproduction system.
  • the test tone can begin, for example, 40 ms, 30 ms, 20 ms or 10 ms before the masking noise and/or be reproduced 100 ms, 200 ms or 300 ms after the masking noise.
  • the audio playback system can in principle be any audio system that has a known relationship between input level and output level in the calibration range, preferably an approximately linear relationship. This includes in particular headphones and loudspeakers.
  • two signal generators are connected upstream of the audio reproduction system, which can generate the masking noise and the test tone with a variable input signal level and variable frequency or variable frequency range.
  • the signal generators are integrated on the data processing device that provides the masking noise and the test tone.
  • the signal generators can also be integrated into a separate data processing device.
  • a Data processing device located at the location of the audio playback system.
  • a suitable connection can be a connection via a cable, for example via LAN, or a wireless connection, such as a WLAN or Bluetooth connection.
  • a wireless connection is preferred.
  • the audio playback system is preferably connected via a suitable connection to a data processing device that has signal generators that generate the masking noise and the test tone; this is preferably the data processing device that provides the test tone and the masking noise.
  • the masking noise and the test tone are transmitted to the audio playback device via this connection.
  • a suitable connection can be a connection via a cable, for example via LAN, or a wireless connection, such as a WLAN or Bluetooth connection.
  • a wireless connection is preferred.
  • This embodiment of the method according to the invention advantageously allows the data processing device that provides the test tone and the masking noise to be at a distance from the audio playback system.
  • the audio playback system and the data processing device can be located at any location and are connected to one another via the Internet, for example.
  • the frequency of the test tone is in the audible frequency range between 20 Hz and 20 kHz.
  • the frequency of the test tone is above, within or below the frequency range fw of the masking noise, with the maximum difference between the frequency of the test tone and the frequency range of the masking noise being reached where the masking curve generated by the masking noise has dropped to the hearing threshold.
  • the frequency of the test tone is above the frequency range f ⁇ of the masking noise.
  • the frequency of the test tone is particularly preferably in the range of the masking curve of the masking noise in which it drops approximately linearly over the frequency.
  • Test tone and masking noise are provided by a user of the
  • the audio playback system whereby the user indicates via a suitable interface whether he can hear the test tone or not. If the test tone produced by the audio system If the sound level of the test tone is too low, the test tone is covered by the masking noise. Only at a certain sound level, which depends on the frequency of the test tone and the sound level of the masking noise generated by the audio system, can the test tone be perceived by the user despite the masking noise. This sound level of the test tone, at which the test tone is just perceptible despite the masking noise, is called the masking threshold.
  • a suitable interface is, for example, a computer such as a PC, tablet or smartphone with suitable software or app.
  • the software or app then provides an input interface through which the user can indicate whether the test tone is perceived or not.
  • the interface is located on the data processing device that is used to provide the test tone and the masking noise. If the interface is not located on this data processing device, the interface is connected to the data processing device via a suitable connection.
  • a suitable connection can be a connection via a cable or a wireless connection, for example via LAN, such as a WLAN or Bluetooth connection.
  • the connection is particularly preferably a wireless connection. The information entered by the user in the interface is then transmitted to the data processing device that is used to provide the test tone and the masking noise.
  • the input signal level of the test tone L T is adjusted until the input signal level L S T of the test tone is reached at which the test tone is just perceived by the user, wherein the input signal level L S T is the masking threshold for the test tone with the frequency fr for the masking noise with the input signal level L n M.
  • Adjusting the input signal level of the test tone includes both increasing the input signal level and also lowering it in order to approach the masking threshold L S T of the test tone. Adjusting the input signal level L T is carried out by the data processing device which provides the test tone and the masking noise in response to the information from the user as to whether or not he perceives the test tone.
  • the Calculation of the relative masking threshold preferably takes place on a computer, such as a PC, tablet or smartphone with appropriate software.
  • the masking threshold L S T is stored on the data processing device that provides the test tone and the masking noise, and the relative masking threshold is also calculated and stored on this.
  • the method steps already described are repeated for n input signal levels L n M of the masking noise in the frequency range f M , where ne N .
  • the test tone with the same frequency fr is always used.
  • n is between 2 and 20, preferably between 3 and 10, particularly preferably between 3 and 5.
  • the course of the relative masking threshold AL n is then plotted against the input signal level L n M of the masking noise.
  • the actual output sound level of the masking noise can be deduced from the change in the curve obtained in this way compared to a reference curve of a calibrated audio playback system.
  • the curve obtained in this way with an unknown control deviation L e (fivi) is compared with a reference curve of a calibrated audio system without a control deviation and the unknown control deviation Le(fivi) between the input signal level and the output sound level of the masking noise is calculated from the two curves.
  • the output sound level of the masking noise describes the sound level that is generated by the audio playback system when the masking noise is output.
  • an equalization filter is calculated from the control deviations that are obtained when comparing the measured curve with the reference curve.
  • the reference curve is provided on the data processing device that generates the test tone and the masking noise.
  • the reference curve is determined using a calibrated audio playback system before the method according to the invention is applied.
  • the calibrated audio playback system can be of the same type as the audio playback system used in the method according to the invention, but does not have to be.
  • the calibrated audio playback system can be determined using a method from the prior art be calibrated, preferably by appropriate measuring technology (microphones) in a laboratory. Methods for this are known to those skilled in the art.
  • the reference curve is particularly preferably obtained by applying the method steps a to f of the method according to the invention in the laboratory and plotting the relative masking thresholds AL n thus obtained over the input signal levels of the masking noise L ⁇ , which are identical to the sound levels of the masking noise generated by the audio playback system, for the calibrated audio playback system.
  • a reference curve must be made available for each test tone with a specific frequency fr in combination with a masking noise with a frequency range fw.
  • the calculated equalization filter is used when reproducing sounds by the audio playback system to enable calibrated audio playback.
  • the method according to the invention is carried out for m masking noises with m different frequency ranges fw, where m e N.
  • m is between 1 and 50, preferably between 1 and 24, particularly preferably between 1 and 5.
  • an equalization filter can be calculated for the range of frequencies covered by the frequencies of the m masking noises.
  • the equalization filter obtained in this way enables a calibrated audio reproduction of the audio reproduction system over a corresponding frequency range.
  • the frequency range is based on the frequency ranges of the m masking noises.
  • the frequency response of an audio reproduction device can be determined in this way.
  • the invention further provides a system which is designed to run the method according to the invention.
  • the system has an audio playback system, at least one computing unit, an interface for a user and two signal generators.
  • the system according to the invention is set up to provide a method for the psychoacoustic calibration of an audio reproduction system, comprising the steps of a. providing a masking noise with an input signal level L 1 ⁇ , where ne N and a frequency range f M by a data processing device, generating the masking noise by a signal generator, transmitting the masking noise to an audio reproduction system and playing it back thereon with an output sound level with unknown control deviation L e (fivi); b.
  • test tone with an input signal level L T and a frequency f T by the data processing device, generating the test tone by a signal generator, transmitting the test tone to the audio reproduction system and playing it back thereon with an unknown output sound level; c. indicating to a user via a suitable interface whether the test tone is perceptible or not and transmitting this information to the data processing device; d. Adjusting the input signal level of the test tone L T until the input signal level L S T of the test tone is reached at which the test tone is just perceived by the user, where the input signal level L S T is the masking threshold for the test tone with the frequency fr for the masking noise with the input signal level L n M and the frequency range fM; e. Saving the masking threshold L S T and calculating the relative
  • Masking threshold AL n L n M - L S T f. Repeating steps a to e for n input signal levels L n M of the masking noise in the frequency range fM, where ne N, the test tone having the same frequency f T in each case; g. Plotting the course of the relative masking threshold AL n against the input signal level L n M of the masking noise; comparing the curve with a reference curve and calculating the control deviation L e (fM) between the input signal level and the output sound level of the masking noise from the two curves; h. Calculating an equalization filter from the control deviations; can run on it. All features described for the method according to the invention also apply to the system according to the invention and vice versa.
  • Psychoacoustic methods without an external reference are advantageous for the remote calibration of audio reproduction processes, as they do not require the use of a measurement system on site or an external noise source with a precisely defined level.
  • the audio reproduction system is always assumed to be calibrated, i.e. known, and the properties of the ear are assumed to be unknown.
  • the properties of the audio reproduction system are assumed to be unknown and the properties of the ear are assumed to be known.
  • the only known psychoacoustic calibration method is based on the resting hearing threshold and is highly error-prone due to the fluctuation of the measurement standard resulting from the individual variance of the resting hearing threshold and the unknown background noise. The method is therefore more suitable for compensating for individual limitations of the playback situation than for equalizing the audio system for controlled playback.
  • Audio playback systems are based almost exclusively on electrodynamic loudspeakers.
  • An essential property is their linear behavior below very high playback levels, which can be assumed to be known.
  • the property of frequency selectivity i.e. masking
  • This uses the property that a masking noise with a high level masks a test tone with a higher frequency but lower level.
  • the level difference between the masking noise and the test tone i.e. the relative masking threshold at which the test tone is still detectable, is assumed to be linear. However, this is not true, since the relative masking threshold decreases as the sound level of the masking noise increases [1].
  • the present invention can make the non-linear course of the relative masking threshold technically usable as a measurement standard in a psychoacoustic calibration process for identifying the system properties (output sound level, frequency response) of an audio playback system.
  • a masking noise and a test tone with a variable sound level can be generated and thus the audio playback system can be stimulated.
  • the ability of a user to detect the test tone represents the measurement standard in the form of the relative masking threshold. Since the audio playback system can be assumed to be a linear system, both the playback level of the masking noise and the test tone are unknown, but the level difference between the masking noise and the test tone remains constant, despite the change in the overall playback level due to the unknown audio playback system.
  • the relative masking threshold is therefore solely dependent on the user's ability to detect the test tone.
  • the mean-free curve of the relative masking threshold over the sound level of the masking noise is subject to only minor inter-individual fluctuations. Therefore, the actual reproduced output sound level of the masking noise can be determined from the deviation of the curve of the relative masking threshold of a specific user from a reference measurement that was determined in advance on a calibrated and thus equalized audio playback system.
  • the relationship between the input signal level and the reproduced output sound level can finally be used to create a digital filter with which the audio playback system is subsequently equalized.
  • the method according to the invention can therefore advantageously utilize ear properties that have not previously been used as measurement standards for calibration methods.
  • the method according to the invention also requires no external comparison noise sources or a measuring system, in particular no microphone, for calibration.
  • the method is insensitive to individual fluctuations in the hearing threshold. Since playback levels far above the hearing threshold can be used, the method is insensitive to background noise close to the hearing threshold, which is always encountered in everyday playback situations.
  • Figure 1 (A) shows the input signal level of Lydes test tone over the
  • Figure 2 shows a flow chart of the method according to the invention
  • Figure 3 (A) shows the input signal level Ly of the test tone over the
  • Figure 4 (A) to (C) shows an example of a measurement sequence.
  • Figure 1 (A) shows the input signal level LT of the test tone over the frequency fr of the test tone as an example.
  • the figure also shows the hearing threshold and the masking curves that are generated by the masking noises with different input signal levels LM.
  • the drop in the masking curve becomes smaller as the masking level increases.
  • the masking noise was a band-limited noise with a constant frequency range f M of a third octave and a center frequency of 1 kHz.
  • the bars 10, 20 represent two test tones with the same frequency fr, but different input signal levels LT. In order to be able to distinguish the test tones 10, 20 better, they are shown next to each other.
  • This input signal level of the test tone corresponds to the masking threshold L S T .
  • the frequency range of the masking noise fM and the frequency of the test tone remains unchanged.
  • the input signal level LT of the test tone is adjusted until the test tone is just perceptible for a user.
  • the relative masking threshold L S T determined in this way and the sound level of the masking noise can be used to calculate the relative masking threshold. This can be done for n different input signal levels of the masking noise.
  • a masking noise 204 and a test tone 101 are made available for calibration by a data processing device 400. These are generated by signal generators and reproduced by an audio playback system 40 with unknown properties. A user of the audio playback system 40 is thus presented with the masking noise and the test tone 60.
  • the sound level of surrounding noises 50 can be above the hearing threshold, but advantageously below the output sound level of the test tone and the masking noise generated by the audio system, so that ambient noise has no influence on the method according to the invention.
  • a user with an unknown hearing threshold now indicates via a suitable interface 80 whether the test tone is audible or not 70. If the test tone is not audible, the input signal level of the test tone is changed 100. This loop is run through until the masking threshold for the test tone is reached.
  • the masking threshold is stored and the relative masking threshold is calculated 201.
  • These steps are run through for different input signal levels of the masking noise 302, 203, so that the course of the relative masking threshold AL n over the input signal level L n M of the masking noise can be determined.
  • This curve is compared with a reference curve 300 and a level correction for the current frequency range f M of the masking noise 310 is calculated from the deviations.
  • the method is then advantageously run through for m masking noises with m different frequency ranges and m test tones with different frequencies 311, 312.
  • a transfer function of the audio system can be formed from the level corrections of the m frequency ranges of the masking noises, thus an inverse filter for equalization 320 can be calculated.
  • the inverse equalization filter 320 cancels the frequency response of the audio reproduction system and the audio reproduction from the audio reproduction system 40 is calibrated.
  • Box 500 identifies all process steps that take place on site at the audio playback system.
  • Box 400 identifies the process steps that are location-independent, i.e. can take place both at the location of the audio playback system and at a remote location.
  • Figure 3 (A) shows, as an example, the input signal level Ly of the test tone over the frequency fr of the test tone.
  • the masking threshold L S T (indicated in the figure with the reference symbols 1 b, 2b, 3b) is determined for all three masking noises one after the other using the method according to the invention.
  • Figure 3 (B) shows an example of the course of the relative masking threshold AL n over the input signal level L n M of the masking noise and a reference curve AL fie ⁇ (1d, 2d, 3d).
  • the reference curve was obtained by measuring with a calibrated audio playback system. From the deviation of the curve for AL n and the curve for AL fie ⁇ , a level correction for the frequency range f M of the masking noise can be calculated. An equalization filter can be calculated from the level corrections for several frequency ranges fM of the masking noise.
  • Figure 4 (A) to (C) shows an example of a measurement sequence and is explained in more detail in Example 1.
  • Figure 4 (A) shows the input signal level LT for a test tone over the frequency fr of the test tone.
  • a band-limited noise was used as the masking noise and a sine tone as the test tone.
  • the input signal of the masking noise was distorted by an unknown control deviation L e (fivi) when played back by the audio system and output with an output sound level that did not correspond to the input signal level.
  • the input signal level of the test tone LT was varied in each case until the masking threshold was found at L S T.
  • the course of the input signal level of the masking noise, shifted by the unknown control deviation L e (fivi) at fM, relative masking threshold in comparison to a reference curve is shown in Figure 4 (B).
  • a control deviation L e (fM) of +10 dB of the sound level actually generated by the masking noise from the input signal level of the masking noise L n M could thus be determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems, welches die Schritte a. Bereitstellen eines Maskierungsgeräusches mit einem Eingangssignalpegel (I) wobei n ϵ N und einem Frequenzbereich fM durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Maskierungsgeräusches durch einen Signalgenerator, Übertragen des Maskierungssignals aann ein Äudiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem Ausgangsschallpegel mit unbekannter Pegelabweichung Le(fM); b. Bereitstellen eines Testtones mit einem Eingangssignalpegel L T und einer Frequenz fT durch die Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Testtones durch einen Signalgenerator, Übertragen des Testtones aann das Audiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem unbekannten Ausgangsschallpegel; c. Angabe eines Nutzers über eine geeignete Schnittstelle, ob der Testton wahrnehmbar ist oder nicht und Übertragen dieser Information an die Datenverarbeitungsvorrichtung; d. Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones L T so lange, bis der Eingangssignalpegel (II) des Testtones erreicht ist, bei dem der Testton gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel (II) die Maskierungsschwelle für den Testton mit der Frequenz f T für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignalpegel (II) und dem Frequenzbereich fM ist; e. Speichern der Maskierungsschwelle (II) und berechnen der relativen Maskierungsschwelle (III) f. Wiederholen des Schrittes a bis e für n Eingangssignalpegel (I) des Maskierungsgeräusches im Frequenzbereich fM, wobei n ϵ N, wobei der Testton jeweils die gleiche Frequenz fT aufweist; g. Auftragung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle ΔL n über dem Eingangssignalpegel (I) des Maskierungsgeräusches; Vergleich der Kurve mit einer Referenzkurve und Berechnung der Regelabweichung Le(fM) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches aus den beiden Kurven; h. Berechnung eines Entzerrungsfilters aus den Regelabweichungen; aufweist. Darüber hinaus wird ein System zur psychoakustischen Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems offenbart, welches dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Description

Psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems, welches die Schritte a. Bereitstellen eines Maskierungsgeräusches mit einem Eingangssignalpegel L^, wobei n e N und einem Frequenzbereich fM durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Maskierungsgeräusches durch einen Signalgenerator, Übertragen des Maskierungssignals an ein Audiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem Ausgangsschallpegel mit unbekannter Regelabweichung Le(fivi); b. Bereitstellen eines Testtones mit einem Eingangssignalpegel LT und einer Frequenz fT durch die Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Testtones durch einen Signalgenerator, Übertragen des Testtones an das Audiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem unbekannten Ausgangsschallpegel; c. Angabe eines Nutzers über eine geeignete Schnittstelle, ob der Testton wahrnehmbar ist oder nicht und Übertragen dieser Information an die Datenverarbeitungsvorrichtung; d. Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones LT so lange, bis der Eingangssignalpegel LS T des Testtones erreicht ist, bei dem der Testton gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel LS T die Maskierungsschwelle für den Testton mit der Frequenz fr für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignalpegel Ln M und dem Frequenzbereich fM ist; e. Speichern der Maskierungsschwelle LS T und berechnen der relativen Maskierungsschwelle ALn = Ln M - LS T f. Wiederholen der Schritte a bis e für n Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches im Frequenzbereich fM, wobei n e N, wobei der Testton jeweils die gleiche Frequenz fT aufweist; g. Auftragung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches; Vergleich der Kurve mit einer Referenzkurve und Berechnung der Regelabweichung Le(fM) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches aus den beiden Kurven; h. Berechnung eines Entzerrungsfilters aus den Regelabweichungen; aufweist. Darüber hinaus wird ein System zur psychoakustischen Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems offenbart, welches dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Beurteilung von Audiosignalen ist in zahlreichen Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise in der Qualitätssicherung im Automobilbereich oder im Bereich von Haushaltgeräten. Bei der Produktion von Audioinhalten wie Filmen, Musik oder Spielen. Oder auch bei zukünftigen Big Data Modellen zur Geräuschsynthese, analog zu Stable Diffusion für Bilder oder ChatGPT für Text.
Audiowiedergabesysteme sind im Allgemeinen jedoch einerseits meistens sehr heterogen bezüglich der eingesetzten Hardware. Andererseits werden Einstellungen des Audiowiedergabesystems ständig vom Nutzer geändert. Für viele Anwendungen, bei denen Audio dargeboten werden soll, ist daher eine Kalibrierung der Wiedergabe notwendig. Nur eine Kalibrierung ermöglicht eine exakte Kontrolle über Schallpegel und Frequenzgang des Audiowiedergabesystems. Nur dadurch kann sichergestellt werden, dass der Nutzer des jeweiligen Wiedergabesystems kontrolliert das Geräusch so hört, wie es vom Bereitstellerdes Geräuschs beabsichtigt wird. Dies betrifft bspw. die Erhebung von auditiven Probandenurteilen über Geräusche bspw. für Qualitätsmanagement oder als Trainingsdaten zum Trainieren von Vorhersagemodellen bspw. per „Machine-Learning“.
Aufgrund der enormen Anzahl benötigter Urteile ist ein Online-Crowd-Sourcing von besonderem Interesse. Die Heterogenität der akustischen Wiedergabesysteme, sowie die in der Breite nicht vorhandene Hardware zur Kalibration steht dem Crowd-Sourcing bisher jedoch im Weg. Daher wird ein Verfahren benötigt, dass universell die Entzerrung von Wiedergabensystemen aus der Ferne ermöglicht, ohne dass ein Zugriff vor Ort nötig ist.
Bisher gibt es im Wesentlichen fünf Ansätze zur Kalibrierung aus der Ferne.
1. Es wird durch entsprechende Messtechnik (Mikrofone) eine Kalibrierung von einzelnen Audiowiedergabesystemen in Laboren durchgeführt.
Dieser Ansatz erfordert jedoch den Zugriff auf ein Messsystem und das technische Know- How für den Umgang mit diesem zur Durchführung der Kalibrierung. In vielen Szenarien, wie bspw. in Privathaushalten mit stark heterogenen Audiowiedergabesystemen, besteht jedoch in der Breite kein Zugriff auf Messtechnik zur Kalibrierung bzw. das Know-How für den Umgang damit fehlt. Eine Kalibrierung im Labor ist damit zwar sehr exakt aber auch mit sehr hohen Kosten verbunden.
2. Der zweite Ansatz versucht über die Typbezeichnung des verwendeten Audiowiedergabesystems, bspw. des Kopfhörers, den Frequenzgang aus einer Datenbank zu identifizieren und damit den Frequenzgang zu kompensieren.
Die Identifizierung der gesamten Übertragungsfunktion aller denkbarer Audiowiedergabesystems ist über eine Typenbezeichnung jedoch nur unzureichend möglich. Erstens bilden meistens mehrere Teilsysteme (Soundkarte, Verstärker, Lautsprecher) das gesamte Audiowiedergabesystem, womit die Eigenschaften aller Teilsysteme berücksichtigt werden müssten, welche alle in einer Datenbank korrekt erfasst werden müssten. Zweitens kann damit eine fertigungsbedingte Streuung des Frequenzgangs der Teile des Wiedergabesystems nicht berücksichtigt werden. Drittens kann der Wiedergabepegel damit nicht kalibriet werden, da dieser ja bspw. in Soundkarte oder Verstärker frei eingestellt bzw. verstellt werden kann.
3. Der dritte Ansatz (US 2003/0078515 A1) hat zum Ziel durch den Nutzer dynamisch den Schallpegel des Wiedergabesystems so einstellen zu lassen, so dass dieser ein definiertes externes Geräusch als gleichlaut empfindet und so eine Kalibrierung des Gesamtwiedergabepegels erreicht werden soll.
In der Breite sind in Ermangelung von dedizierten Kalibratoren aber keine externen Geräuschquellen (wie bei (US 2003/0078515 A1)) mit klar definiertem Schallpegel oder Spektrum verfügbar. Die Anregungsmechanismen von in der Breite verfügbaren Geräuschquellen (z.B. das Reiben von Papierblättern gegeneinander) sind stark von der eingesetzten Kraft, Geschwindigkeit, oder vom Materialtyp abhängig und können lediglich ein sehr stark im Schallpegel schwankendes Geräusch erzeugen.
4. Für die Kalibration von Audiowiedergabeverfahren aus der Ferne sind psychoakustische Verfahren ohne externe Referenz praktisch, da sie weder den Einsatz eines Messsystems vor Ort noch den Einsatz einer externen Geräuschquelle mit exakt definiertem Schallpegel erfordern. Der vierte Ansatz (US 8,059,833 B2) versucht daher von einem Nutzer dynamisch den Schallpegel eines Sinustones, welcher über das Audiowiedergabesystem abgespielt wird, einstellen zu lassen, so dass das Geräusch gerade so hörbar ist. Die Ruhehörschwelle, welche aus den vorher bekannten, anatomischen Eigenschaften des Ohres bezüglich der Empfindlichkeit bekannt ist, stellt somit das Normal dar, anhand dessen die Kalibration des verwendeten Audiosystems erfolgen kann.
Das einzige bekannte psychoakustische Verfahren (US 8,059,833 B2), basiert auf der Ruhehörschwelle und damit auf anatomischen Eigenschaften des Ohres bezüglich dessen Empfindlichkeit. Dies hat den entscheidenden Nachteil, dass die Ruhehörschwelle als internes Messnormal genutzt werden muss. Die Ruhehörschwelle steigt im Allgemeinen stark mit zunehmendem Alter an. Dieser Anstieg der Ruhehörschwelle ist darüber hinaus jedoch stark von der vorangegangenen individuellen Lärmexposition abhängig. Die Kalibration anhand der Ruhehörschwelle des Nutzers ist damit nur mit großem Fehler möglich, da das Messnormal stark schwankt.
Abgesehen von speziellen schallgedämmten Hörkabinen, muss bei alltäglichen Umgebungen, in denen Audiowiedergabesysteme zum Einsatz kommen, immer das Vorhandensein eines unbekannten Hintergrundgeräusches angenommen werden. Damit kann nicht unterschieden werden, ob mit einem dargebotenen Testgeräusch die Grenze der Ruhehörschwelle ohne Hintergrundgeräusch oder die Grenze einer unbekannten (Mit- )hörschwelle bei vorhandenem Hintergrundgeräusch durch den Nutzer als Referenz verwendet wird. Damit wird das Messnormal ebenfalls effektiv stark verfälscht.
Aus den genannten Gründen ist dieses Verfahren daher eher zum Ausgleich individueller Einschränkungen der Audiowiedergabesituation, als zur Kalibration des Audiosystems an sich geeignet.
5. Ähnlich zum vierten Ansatz wird bspw. bei Hörgeräten das Wiedergabesystem als bekannt angenommen jedoch die Ruhehörschwelle des Nutzers als unbekannt. Damit kann jedoch lediglich eine individuelle Kompensation der Schwerhörigkeit erreicht werden. Eine Kalibration des Schallpegels und Frequenzgangs eines Audiowiedergabesystems ist hingegen nicht vorgesehen, sondern lediglich eine Verbesserung der Hörbarkeit von Geräuschen für den Nutzer.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik folgende Verfahren bekannt.
US 8059833 B2 offenbart ein umgekehrtes psychoakustisches Messverfahren. Bei diesem wird mit der Ruhehörschwelle des Nutzers gearbeitet. Dies hat jedoch den großen Nachteil, dass in der Regel immer Hintergrundgeräusche vorhanden sind, deren Schallpegel über der Ruhehörschwelle liegt und damit die Messung verfälschen. Darüber hinaus ist die Ruhehörschwelle stark interindividuell abhängig und unterliegt gerade mit zunehmenden Alter Veränderungen.
US 2003/0055627 A1 befasst sich mit der Störgeräuschunterdrückung bei der Sprachverarbeitung. Das Verfahren nutzt Maskierungskurven jedoch nur zur Bestimmung der Hörbarkeit von Störgeräuschanteilen, jedoch nicht um Audiowiedergabe im Allgemeinen oder deren Schallpegel im speziellen zu kalibrieren.
EP 0 989 776 A2 befasst sich damit, Schallpegel einzelner Lautsprecher eines Mehrkanalsystem relativ zueinander anzugleichen, damit die Richtungsinformation von Mehrkanalaudio korrekt übermittelt werden. Dazu sollen zum Beispiel mit Mikrofonen die Audiosignale der verschiedenen Lautsprecher an der Hörerposition gemessen werden. Ein Mikrofon ist jedoch nicht an jedem Audiowiedergabesystem vorhanden und muss zur Durchführung dieses Verfahrens daher unter Umständen erst breitgestellt werden, dies schränkt die Anwendbarkeit des Verfahrens ein. Alternativ schlägt die EP 0 989 776 A2 vor, die Wahrnehmung des Nutzers in die Lautheitsangleichung mehrere Kanäle einzubeziehen. Dieses Subjektive Verfahren wird jedoch nicht näher erläutert.
Keiner der dargelegten Ansätze kann daher aus der Ferne eine Kalibrierung des Wiedergabepegels sowie des Frequenzgangs eines Audiowiedergabegerätes mit hinreichend hoher Genauigkeit ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem eine exakte Kalibrierung des Frequenzganges sowie des Wiedergabepegels von einem beliebigen, unbekannten Audiowiedergabesystem mittels eines psychoakustischen Verfahrens, aus der Ferne ermöglicht wird. Das Verfahren soll dabei die Nachteile aus dem Stand der Technik beheben und insbesondere unempfindlich bezüglich typischer, niedriger Hintergrundgeräuschpegel sowie bezüglich individueller Verschiebungen der Ruhehörschwelle sein.
Hierfür stellt die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 10 zur Verfügung.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß dem Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems wird zunächst ein Maskierungsgeräusch mit einem Eingangssignalpegel L^, wobei n e N und einem Frequenzbereich fw durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, an ein Audiowiedergabesystem übertragen und auf diesem wiedergegeben. Das Maskierungsgeräusch wird auf dem Audiowiedergabesystem mit einem Ausgabeschallpegel mit unbekannter Regelabweichung Le(fivi) ausgegeben. Der Ausgabeschallpegel entspricht im allgemein nicht dem Eingangssignalpegel, da dieser, wie bereits beschrieben, durch die technischen Eigenschaften des Audiowiedergabesystems beeinflusst wird. Unter Kalibrierung ist dabei im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass Schalldruckpegel und Frequenzgang des Audiosystems kalibriert werden.
Unter einer Datenverarbeitungseinrichtung im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein lokaler Rechner oder ein entfernter Server zu verstehen. Die Datenverarbeitungseinrichtung weist eine geeignete Software auf, um das Maskierungsgeräusch und den Testton bereitzustellen und um das Audiowiedergabegerät und die Signalgeneratoren entsprechend anzusteuern.
Prinzipiell hängt der Frequenzbereich fw des Maskierungsgeräusches von den physikalischen Eigenschaften der Schallerzeugung durch das Audiowiedergabesystem, bspw. durch die Treibergröße, ab. In einer Ausführungsform wird der Frequenzbereich fw des Maskierungsgeräusches daher in Abhängigkeit vom Audiowiedergabesystem eingeschränkt.
Der Breite des Frequenzbereichs fw des Maskierungsgeräusches kann in einer Ausführungsform beispielsweise ein Ton, eine Terz oder mehrere Frequenzgruppen umfassen.
In einer Ausführungsform kann als Maskierungsgeräusch beispielsweise ein bandbegrenztes Rauschen, ein Sinuston oder ein anderes Geräusch, welches als Maskierungsgeräusch geeignet ist, genutzt werden.
Erfindungsgemäß liegt der Frequenzbereiches fw des Maskierungsgeräusches dabei zumindest teilweise im hörbaren Bereich des Frequenzspektrums. In einer Ausführungsform wird das Verfahren für mehrere Maskierungsgeräusche genutzt, wobei die Frequenzbereiche fw der Maskierungsgeräusche nacheinander annähernd den gesamten hörbaren Bereich abdecken. Der Frequenzbereich des Maskierungsgeräusches kann daher im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz liegen. Der Eingangssignalpegel L^des Maskierungsgeräusches soll erfindungsgemäß so eingestellt werden, dass der durch das Audiowiedergabesystem erzeugte Schallpegel zwischen 20 und 100 dB, bevorzugt zwischen 30 und 90 dB, besonders bevorzugt zwischen 50 und 90 dB liegt. Diese Bereiche des Schallpegels ermöglichen es den Bereich des nicht-linearen Verlaufes der Kurve der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches zu erfassen.
Weiterhin wird ein Testton mit einem Eingangssignalpegel LT und einer Frequenz fr durch die gleiche Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, auf das gleiche Audiowiedergabesystem übertragen und auf diesem wiedergegeben. Auch der Testton wird durch das Audiowiedergabesystem mit einem unbekannten Ausgabeschallpegel ausgegeben, der im allgemein nicht dem Eingangssignalpegel entspricht. Der Testton kann beispielsweise ein Sinuston sein.
Erfindungsgemäß werden das Maskierungsgeräusch und der Testton zumindest teilweise gleichzeitig auf dem Audiowiedergabesystem wiedergegeben. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann die Wiedergabe des Testtons vor der Wiedergabe des Maskierungsgeräusches beginnen und/oder länger andauern als die Wiedergabe des Maskierungsgeräusches auf dem Audiowiedergabesystem. Der Testton kann beispielsweise 40 ms, 30 ms, 20 ms oder 10 ms vor dem Maskierungsgeräusch beginnen und/oder 100 ms, 200 ms oder 300 ms nach dem Maskierungsgeräusch noch wiedergegeben werden.
Das Audiowiedergabesystem kann prinzipiell jedes beliebige Audiosystem sein, welches im Kalibrationsbereich eine bekannte Beziehung zwischen Eingangspegel und Ausgangspegel aufweist, bevorzugt eine annähernd lineare Beziehung. Dies umfasst insbesondere Kopfhörer und Lautsprecher.
Erfindungsgemäß sind dem Audiowiedergabesystem zwei Signalgeneratoren vorgeschaltet, welche das Maskierungsgeräusch und den Testton mit variablem Eingangssignalpegel und variabler Frequenz bzw. variablem Frequenzbereich, erzeugen können. Die Signalgeneratoren sind in einer bevorzugten Ausführungsform auf der Datenverarbeitungsvorrichtung integriert, die das Maskierungsgeräusch und den Testton bereitstellt.
Die Signalgeneratoren können aber auch auf einer separaten Datenverarbeitungsvorrichtung integriert sein. Beispielsweise auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung, die sich am Ort des Audiowiedergabesystems befindet. In diesem Fall besteht eine geeignete Verbindung zur Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt. Eine geeignete Verbindung kann dabei eine Verbindung durch ein Kabel, beispielsweise über LAN oder auch eine kabellose Verbindung, wie eine WLAN oder Bluetooth-Verbindung sein. Bevorzugt ist eine kabellose Verbindung.
Das Audiowiedergabesystem ist bevorzugt über eine geeignete Verbindung mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden, die Signalgeneratoren aufweist, die das Maskierungsgeräusch und den Testton erzeugen, bevorzugt ist dies die Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt. Über diese Verbindung werden das Maskierungsgeräusch und der Testton an das Audiowiedergabegerät übertragen. Eine geeignete Verbindung kann dabei eine Verbindung durch ein Kabel, beispielsweise über LAN oder auch eine kabellose Verbindung, wie eine WLAN oder Bluetooth-Verbindung sein. Bevorzugt ist eine kabellose Verbindung.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es vorteilhafterweise, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt, beabstandet zum Audiowiedergabesystem sein kann. Insbesondere können sich das Audiowiedergabesystem und das Datenverarbeitungsgerät an jedem beliebigen Ort befinden und werden beispielsweise über das Internet miteinander verbunden.
Die Frequenz des Testtones liegt im hörbaren Frequenzbereich zwischen 20 Hz und 20 kHz. Erfindungsgemäß liegt die Frequenz des Testtones dabei oberhalb, innerhalb oder auch unterhalb des Frequenzbereiches fw des Maskierungsgeräusches, wobei die maximale Differenz zwischen Frequenz des Testtones und Frequenzbereich des Maskierungsgeräusches dort erreicht ist, wo die vom Maskierungsgeräusch erzeugte Maskierungskurve bis zur Hörschwelle abgefallen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Frequenz des Testtones oberhalb des Frequenzbereiches f^ des Maskierungsgeräusches. Besonders bevorzugt liegt die Frequenz des Testtones im Bereich der Maskierungskurve des Maskierungsgeräusches, in dem diese näherungsweise linear über der Frequenz abfällt.
Testton und Maskierungsgeräusch werden von einem Nutzer des
Audiowiedergabesystems wahrgenommen, wobei der Nutzer über eine geeignete Schnittstelle angibt, ob er den Testton hören kann oder nicht. Ist der vom Audiosystem erzeugte Schallpegel des Testtones zu gering, wird der Testton vom Maskierungsgeräusch überdeckt. Erst ab einem bestimmten Schallpegel, der von der Frequenz des Testtones und dem Schallpegel des vom Audiosystem erzeugten Maskierungsgeräusches abhängt, kann der Testton vom Nutzer trotz Maskierungsgeräusch wahrgenommen werden. Dieser Schallpegel des Testtones, ab dem der Testton gerade trotz Maskierungsgeräusch wahrnehmbar ist, wird Maskierungsschwelle genannt.
Eine geeignete Schnittstelle ist beispielsweise ein Rechner wie ein PC, Tablett oder Smartphone mit einer geeigneten Software oder App. Die Software oder App stellt dann eine Eingabeoberfläche zur Verfügung, über die der Nutzer angeben kann, ob der Testton wahrgenommen wird oder nicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Schnittstelle auf der Datenverarbeitungsvorrichtung, die genutzt wird, um den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitzustellen. Befindet sich die Schnittstelle nicht auf dieser Datenverarbeitungsvorrichtung, so ist die Schnittstelle über eine geeignete Verbindung mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden. Eine geeignete Verbindung kann dabei eine Verbindung durch ein Kabel oder auch eine kabellose Verbindung, beispielsweise über LAN, wie eine WLAN oder Bluetooth-Verbindung sein. Besonders bevorzugt ist die Verbindung eine kabellose Verbindung. Die vom Nutzer in der Schnittstelle eingegeben Information wird dann zu der Datenverarbeitungsvorrichtung, die genutzt wird, um den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitzustellen, übertragen.
Erfindungsgemäß wird der Eingangssignalpegel des Testtones LT so lange angepasst, bis der Eingangssignalpegel LS T des Testtones erreicht ist, bei dem der Testton gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel LS T die Maskierungsschwelle für den Testton mit der Frequenz fr für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignalpegel Ln M ist. Das Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones umfasst dabei sowohl das der Eingangssignalpegel erhöht als auch das dieser erniedrigt wird, um sich an die Maskierungsschwelle LS T des Testtones heranzutasten. Das Anpassen des Eingangssignalpegels LT wird dabei in Reaktion auf die Information durch den Nutzer, ob dieser den Testton wahrnimmt oder nicht, durch die Datenverarbeitungsvorrichtung vorgenommen, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt.
Anschließend wird die Maskierungsschwelle LS T gespeichert und die relativen
Maskierungsschwelle ALn = Ln M - LS T berechnet und anschließend gespeichert. Die Berechnung der relativen Maskierungsschwelle findet bevorzugt auf einem Rechner, wie beispielsweise einem PC, Tablet oder Smartphone mit einer entsprechenden Software statt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Maskierungsschwelle LS T auf der Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt, gespeichert und auch auf diesem die relative Maskierungsschwelle berechnet und gespeichert.
Die bereits beschriebenen Verfahrensschritte werden erfindungsgemäß für n Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches im Frequenzbereich fM, wobei n e N wiederholt. Dabei wird immer der Testton mit der gleichen Frequenz fr verwendet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt n zwischen 2 und 20, bevorzugt zwischen 3 und 10, besonders bevorzugt zwischen 3 und 5.
Erfindungsgemäß wird anschließend der Verlauf der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches aufgetragen. Über die Veränderung der so erhaltenen Kurve im Vergleich zu einer Referenzkurve eines kalibrierten Audiowiedergabesystems, kann auf den tatsächlichen Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches rückgeschlossen werden. Dazu wird die so erhaltene Kurve mit einer unbekannten Regelabweichung Le(fivi) mit einer Referenzkurve eines kalibrierten Audiosystems ohne Regelabweichung verglichen und die unbekannte Regelabweichung Le(fivi) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches aus den beiden Kurven berechnet. Der Ausgangsschalpegel des Maskierungsgeräusches beschreibt dabei den Schallpegel der vom Audiowiedergabesystem bei der Ausgabe des Maskierungsgeräusches erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird aus den Regelabweichungen, die beim Vergleich der gemessenen Kurve mit der Referenzkurve erhalten werden, ein Entzerrungsfilter berechnet. Bevorzugt finden diese Schritte auf der Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch bereitstellt, statt.
In einer Ausführungsform wird die Referenzkurve auf der Datenverarbeitungsvorrichtung, die den Testton und das Maskierungsgeräusch generiert, bereitgestellt. Die Referenzkurve wird vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem kalibrierten Audiowiedergabesystem bestimmt. Das kalibrierte Audiowiedergabesystem kann dabei von gleicher Bauart wie das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Audiowiedergabesystem sein, muss aber nicht. In einer Ausführungsform kann das kalibrierte Audiowiedergabesystem mit einem Verfahren aus dem Stand der Technik kalibriert werden, bevorzugt durch eine entsprechende Messtechnik (Mikrofone) in einem Labor. Verfahren hierzu sind dem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt wird die Referenzkurve durch die Anwendung der Verfahrensschritte a bis f des erfindungsgemäßen Verfahrens im Labor und das Aufträgen der so erhaltenen relativen Maskierungsschwellen ALn über den Eingangssignalpegeln des Maskierungsgeräusches L^, die mit den vom Audiowiedergabesystem erzeugten Schallpegeln des Maskierungsgeräusches identisch sind, für das kalibrierte Audiowiedergabesystem erhalten. Für jeden Testton mit einer bestimmten Frequenz fr in Kombination mit einem Maskierungsgeräusch mit einem Frequenzbereich fw muss erfindungsgemäß eine Referenzkurve zur Verfügung gestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der berechnete Entzerrungsfilter bei der Wiedergabe von Geräuschen durch das Audiowiedergabesystem verwendet, um eine kalibrierte Audiowiedergabe zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren für m Maskierungsgeräusche mit m verschiedenen Frequenzbereichen fw durchgeführt, wobei m e N.
Wird der Frequenzbereich des Maskierungsgeräusches verändert, so wird die Frequenz des Testtones ebenfalls verändert, so dass das Verfahren für m Testtöne mit m verschiedenen Frequenzen fr durchgeführt wird, wobei m e N. In einer Ausführungsform liegt m zwischen 1 und 50, bevorzugt zwischen 1 und 24, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5.
Wird das Verfahren für mehrere Maskierungsgeräusche mit m verschiedenen Frequenzbereichen fw durchgeführt, kann ein Entzerrungsfilter für den Bereich von Frequenzen berechnet werden, der durch die Frequenzen der m Maskierungsgeräusche abgedeckt wurde. Der so erhaltene Entzerrungsfilter ermöglicht eine kalibrierte Audiowiedergabe des Audiowiedergabesystems über einen entsprechenden Frequenzbereich hinweg. Der Frequenzbereich richtet sich dabei nach den Frequenzbereichen der m Maskierungsgeräusche. Der Frequenzgang eines Audiowiedergabegerätes kann hierdurch bestimmt werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein System zur Verfügung, welches dazu eingerichtet ist, dass das das erfindungsgemäße Verfahren auf diesem ablaufen kann. Das System weist ein Audiowiedergabesystem, mindestens eine Recheneinheit, eine Schnittstelle für einen Nutzer und zwei Signalgeneratoren auf. Insbesondere ist das erfindungsgemäße System dazu eingerichtet, dass ein Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems, aufweisend die Schritte a. Bereitstellen eines Maskierungsgeräusches mit einem Eingangssignalpegel L1^, wobei n e N und einem Frequenzbereich fM durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Maskierungsgeräusches durch einen Signalgenerator, Übertragen des Maskierungsgeräusches an ein Audiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem Ausgangsschallpegel mit unbekannter Regelabweichung Le(fivi); b. Bereitstellen eines Testtones mit einem Eingangssignalpegel LT und einer Frequenz fT durch die Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Testtones durch einen Signalgenerator, Übertragen des Testtones an das Audiowiedergabesystem und Wiedergabe auf diesem mit einem unbekannten Ausgangsschallpegel; c. Angabe eines Nutzers über eine geeignete Schnittstelle, ob der Testton wahrnehmbar ist oder nicht und Übertragen dieser Information an die Datenverarbeitungsvorrichtung; d. Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones LT so lange, bis der Eingangssignalpegel LS T des Testtones erreicht ist, bei dem der Testton gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel LS T die Maskierungsschwelle für den Testton mit der Frequenz fr für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignalpegel Ln M und dem Frequenzbereich fM ist; e. Speichern der Maskierungsschwelle LS T und berechnen der relativen
Maskierungsschwelle ALn = Ln M - LS T f. Wiederholen der Schritte a bis e für n Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches im Frequenzbereich fM, wobei n e N, wobei der Testton jeweils die gleiche Frequenz fT aufweist; g. Auftragung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches; Vergleich der Kurve mit einer Referenzkurve und Berechnung der Regelabweichung Le(fM) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches aus den beiden Kurven; h. Berechnung eines Entzerrungsfilters aus den Regelabweichungen; darauf ablaufen kann. Alle Merkmale, die für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden, treffen ebenso auf das erfindungsgemäße System zu und umgekehrt.
Für die Kalibration von Audiowiedergabeverfahren aus der Ferne sind psychoakustische Verfahren ohne externe Referenz vorteilhaft, da sie weder den Einsatz eines Messsystems vor Ort noch den Einsatz einer externen Geräuschquelle mit exakt definiertem Pegel erfordern. Bei der Verwendung von psychoakustischen Verfahren in der Erforschung der Höreigenschaften wird immer das Audiowiedergabesystem als kalibriert, d.h. bekannt angenommen und die Eigenschaften des Ohres als unbekannt. Für die Kalibration von Audiowiedergabesystemen mit psychoakustischen Verfahren wiederum, werden jedoch die Eigenschaften des Audiowiedergabesystems als unbekannt angenommen und die Eigenschaften des Ohres als bekannt. Das einzige bekannte psychoakustischen Kalibrationsverfahren, basiert auf der Ruhehörschwelle und ist wegen der aus der individuellen Varianz der Ruhehörschwelle sowie dem unbekannten Hintergrundgeräusch resultierenden Schwankung des Messnormals stark fehlerbehaftet. Damit ist das Verfahren eher zum Ausgleich individueller Einschränkungen der Wiedergabesituation, als zur Entzerrung des Audiosystems für eine kontrollierte Wiedergabe geeignet.
Audiowiedergabesysteme basieren nahezu ausschließlich auf dem elektrodynamischen Lautsprecher. Eine wesentliche Eigenschaft ist deren lineares Verhalten unterhalb sehr hoher Wiedergabepegel, welches als bekannt angenommen werden kann. Die Eigenschaft der Frequenzselektivität (d.h. Maskierung), wird beispielsweise bei der MP3 Codierung verwendet. Dabei wird die Eigenschaft genutzt, dass ein Maskierungsgeräusch mit hohem Pegel einen Testton höherer Frequenz aber niedrigerem Pegel verdeckt. Der Pegelunterschied zwischen dem Maskierungsgeräusch und dem Testton, d.h. die relative Maskierungsschwelle, bei der der Testton noch detektierbar ist, wird dafür als linear angenommen. Dies ist jedoch nicht zutreffend, da die relative Maskierungsschwelle mit steigendem Schallpegel des Maskierungsgeräusches sinkt [1], Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung den nichtlinearen Verlauf der relativen Maskierungsschwelle als Messnormal in einem psychoakustischen Kalibrationsverfahren, zur Identifikation der Systemeigenschaften (Ausgangsschallpegel, Frequenzgang) eines Audiowiedergabesystems technisch nutzbar machen.
Mittels zweier Signalgeneratoren, welche dem unbekannten Audiosystem vorgeschaltet sind, können ein Maskierungsgeräusch sowie ein Testton mit variablem Schallpegel erzeugt werden und damit das Audiowiedergabesystem angeregt werden. Die Fähigkeit eines Nutzers zur Detektion des Testtones stellt dabei das Messnormal in Form der relativen Maskierungsschwelle dar. Da das Audiowiedergabesystem als lineares System angenommen werden kann, sind zwar sowohl der Wiedergabepegel des Maskierungsgeräusches als auch des Testtones unbekannt, der Pegelunterschied zwischen Maskierungsgeräusch und Testton bleibt jedoch konstant, trotz der Veränderung des Gesamtwiedergabepegels durch das unbekannte Audiowiedergabesystem. Damit ist die relative Maskierungsschwelle ausschließlich von der Fähigkeit des Nutzers zur Detektion des Testtones abhängig.
Der mittelwertbefreite Verlauf der relativen Maskierungsschwelle über den Schallpegel des Maskierungsgeräusches unterliegt nur geringen interindividuellen Schwankungen. Daher kann aus der Abweichung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle eines konkreten Nutzers von einer Referenzmessung, die auf einem kalibrierten und damit entzerrten Audiowiedergabesystem im Vorhinein bestimmt wurden, der tatsächlich wiedergegebene Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches bestimmt werden. Das Verhältnis zwischen Eingangssignalpegel und wiedergegebenem Ausgangsschallpegel kann schließlich zur Erstellung eines Digitalfilters genutzt werden mit dem nachfolgend die Entzerrung des Audiowiedergabesystems erfolgt.
Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise Ohreigenschaften nutzbar machen, die bisher nicht als Messnormal für Kalibrationsverfahren genutzt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt darüber hinaus keine externen Vergleichsgeräuschquellen sowie kein Messsystem, insbesondere kein Mikrofon, zur Kalibrierung. Im Gegensatz zu hörschwellenbasierten psychoakustischen Kalibrationsverfahren, ist das Verfahren unempfindlich gegen individuelle Schwankungen der Hörschwelle. Da mit Wiedergabepegeln weit über der Hörschwelle gearbeitet werden kann, ist das Verfahren unempfindlich gegenüber hörschwellennahen Hintergrundgeräuschen, welche in alltäglichen Wiedergabesituationen immer anzutreffen sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von 4 Figuren und 1 Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Figur 1 (A) stellt beispielhaft den Eingangssignalpegel Lydes Testtones über der
Frequenz fr des Testtones dar; (B) stellt beispielhaft den Verlauf der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches dar;
Figur 2 stellt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens dar; Figur 3 (A) beispielhaft stellt den Eingangssignalpegel Ly des Testtones über der
Frequenz fr des Testtones dar; (B) stellt beispielhaft den Verlauf der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel
Figure imgf000017_0001
des Maskierungsgeräusches dar und den Verlauf der Maskierungsschwelle LRef aus der Referenzmessung (Referenzkurve);
Figur 4 (A) bis (C) stellt beispielhaft einen Messablauf dar.
Figur 1 (A) stellt beispielhaft den Eingangssignalpegel LT des Testtones über der Frequenz fr des Testtones dar. Weiterhin ist in der Figur die Hörschwelle eingezeichnet und die Maskierungskurven, die durch die Maskierungsgeräusche mit unterschiedlichen Eingangssignalpegeln LM erzeugt werden. Dabei wird der Abfall der Maskierungskurve mit zunehmenden Maskierungspegel geringer. Das Maskierungsgeräusch war in diesem Beispiel ein bandbegrenztes Rauschen mit einem konstanten Frequenzbereich fM von einer Terz und einer Mittenfrequenz von 1 kHz. Die Balken 10, 20 stellen zwei Testtöne mit gleicher Frequenz fr dar, jedoch unterschiedlichem Eingangssignalpegel LT. Um die Testtöne 10, 20 besser unterscheiden zu können, sind diese nebeneinander dargestellt.
Erfindungsgemäß werden zum Beispiel der Testton 10 und ein Maskierungsgeräusch mit einem Eingangssignalpegel
Figure imgf000017_0002
= 80 dB über das Audiowiedergabesystem ausgegeben. Der Eingangssignalpegel LT des Testtones wird nun so lange angepasst, bis der Testton für einen Nutzer gerade wahrnehmbar ist. Dies entspricht dem Eingangssignalpegel des Testtones bei dem der Balken 10 die Kurve des Maskierungsgeräusches mit einem Eingangssignalpegel L^ = 80 dB schneidet. Dieser Eingangssignalpegel des Testtones entspricht der Maskierungsschwelle LS T. Aus der Maskierungsschwelle LS T und dem Eingangssignalpegel L^ = 80 dB des Maskierungsgeräusches wird relativen Maskierungsschwelle ALn = L^ - LS T berechnet.
Anschließend wird ein Maskierungsgeräusch mit einem anderen Eingangssignalpegel zum Beispiel L^ = 90 dB zusammen mit dem Testton 20 auf dem Audiowiedergabegerät wiedergegeben. Der Frequenzbereich des Maskierungsgeräusches fM und die Frequenz des Testtones
Figure imgf000017_0003
ist dabei unverändert. Wiederum wird der Eingangssignalpegel LT des Testtones so lange angepasst, bis der Testton für einen Nutzer gerade wahrnehmbar ist. Aus der so ermittelten Maskierungsschwelle LS T und dem Schallpegel des Maskierungsgeräusches kann wiederum die relativen Maskierungsschwelle berechnet werden. Dies kann für n verschiedene Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches durchgeführt werden. In Figur 1 (B) ist beispielhaft der Verlauf der der relativen Maskierungsschwelle ALn , d.h. die Differenz zwischen Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches und der Maskierungsschwelle des Testtones über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches mit konstantem Frequenzbereich fw für einen Testton einer konstanten Frequenz fr aufgetragen. Deutlich zu erkennen ist der nichtlineare Verlauf.
Figur 2 stellt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Das Schema stellt sowohl die Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems durch das erfindungsgemäße Verfahren dar als auch die Wiedergabe von Audiosignalen durch das dann kalibrierte Audiowiedergabesystem.
Zunächst wird ein Maskierungsgeräusch 204 und ein Testton 101 für die Kalibrierung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung 400 zur Verfügung gestellt. Diese werden durch Signalgeneratoren erzeugt und durch ein Audiowiedergabesystem 40 mit unbekannten Eigenschaften wiedergegeben. Ein Nutzer des Audiowiedergabesystems 40 bekommt damit das Maskierungsgeräusch und den Testton präsentiert 60. Der Schallpegel umgebender Geräusche 50 kann dabei über der Hörschwelle liegen, jedoch vorteilhafterweise unterhalb des vom Audiosystem erzeugten Ausgangsschallpegels des Testtones und des Maskierungsgeräusches, so dass Umgebungsgeräusche keinen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren haben. Ein Nutzer mit einer unbekannten Hörschwelle gibt nun über eine geeignete Schnittstelle 80 an, ob der Testton hörbar ist oder nicht 70. Ist der Testton nicht hörbar, wird der Eingangssignalpegel des Testtones verändert 100. Diese Schleife wird so lange durchlaufen, bis die Maskierungsschwelle für den Testton erreicht ist. In diesem Fall 200 wird die Maskierungsschwelle gespeichert und die relative Maskierungsschwelle berechnet 201. Diese Schritte werden für verschiedene Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches durchlaufen 302, 203, so dass der Verlauf der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches ermittelt werden kann. Diese Kurve wird mit einer Referenzkurve 300 verglichen und aus den Abweichungen wird eine Pegelkorrektur für den aktuellen Frequenzbereich fM des Maskierungsgeräusches 310 berechnet. Das Verfahren wird dann vorteilhafterweise für m Maskierungsgeräusche mit m verschiedenen Frequenzbereichen und m Testtöne mit verschiedenen Frequenzen durchlaufen 311 , 312. Aus den Pegelkorrekturen der m Frequenzbereiche der Maskierungsgeräusche kann eine Übertragungsfunktion des Audiosystems gebildet werden somit ein inverser Filter zur Entzerrung 320 berechnet werden Bei der Wiedergabe eines Audiosignales 30 hebt der inverse Filter zur Entzerrung 320 den Frequenzgang des Audiowiedergabesystems auf und die Audiowiedergabe aus dem Audiowiedergabesystem 40 erfolgt kalibriert.
Die Box 500 kennzeichnet alle Verfahrensschritte, die vor Ort am Audiowiedergabesystem ablaufen. Die Box 400 kennzeichnet die Verfahrensschritte, die ortsunabhängig sind, d.h. sowohl am Ort des Audiowiedergabesystems als auch an einem entfernten Ort erfolgen können.
Figur 3 (A) stellt beispielhaft den Eingangssignalpegel Lydes Testtones über der Frequenz fr des Testtones dar. In der Figur sind drei Maskierungsgeräusche 1a, 2a und 3a mit unterschiedlichen Schallpegeln L^ (n = l, 2, 3) und deren erzeugten Maskierungskurvenverläufen 1c, 2c, 3c dargestellt. Für einen Testton einer Frequenz fr wird für alle drei Maskierungsgeräusche nacheinander mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maskierungsschwelle LS T (in der Figur gekennzeichnet mit den Bezugszeichen 1 b, 2b, 3b) ermittelt. Aus den Maskierungsschwellen LS T und den Eingangssignalpegeln Ln M der Maskierungsgeräusche wird jeweils die relative Maskierungsschwelle ALn = Ln M - LS T berechnet.
Figur 3 (B) stellt beispielhaft den Verlauf der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches dar und eine Referenzkurve ALfie^(1d, 2d, 3d). Die Referenzkurve wurde durch die Messung mit einem kalibrierten Audiowiedergabesystem erhalten. Aus der Abweichung der Kurve für ALn und der Kurve für ALfie^kann eine Pegelkorrektur für den Frequenzbereich fM des Maskierungsgeräusches berechnet werden. Aus den Pegelkorrekturen für mehrere Frequenzbereiche fM des Maskierungsgeräusches kann ein Entzerrungsfilter berechnet werden.
Figur 4 (A) bis (C) stellt beispielhaft einen Messablauf dar und ist im Ausführungsbeispiel 1 näher erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
Figur 4 (A) stellt den Eingangssignalpegel LT für einen Testton über der Frequenz fr des Testtones dar. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde für m=2 Frequenzebereiche des Maskierungsgeräusches sowie Testtöne mit m=2 Frequenzen durchgeführt. Als Maskierungsgeräusch wurde ein bandbegrenztes Rauschen verwendet und als Testton ein Sinuston. In der Figur 4 sind beispielhaft die Messergebnisse für m=2 Frequenzbereiche der Maskierungsgeräusche und m=2 Frequenzen der Testtöne dargestellt. Das Verfahren wurde zuerst für das Maskierungsgeräusch m=1 mit einem Frequenzbereiche fM von einer Terz und einer Mittenfrequenz von 1 kHz und einen Testton mit der Frequenz fT= 1 ,7 kHz durchlaufen. Das Eingangssignal des Maskierungsgeräusches und wurde bei der Wiedergabe durch das Audiosystem durch eine unbekannte Regelabweichung Le(fivi) verzerrt und mit einem Ausgangsschallpegel ausgegeben, der nicht dem Eingangssignalpegel entsprach. Es wurde jeweils der Eingangssignalpegel des Testtones LT variiert, bis die Maskierungsschwelle bei LS T gefunden wurde. Der Verlauf der, um die unbekannte Regelabweichung Le(fivi) bei fM verschobenen Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches, relativen Maskierungsschwelle im Vergleich zu einer Referenzkurve ist in Figur 4 (B) dargestellt. Für die Mittenfrequenz von 1 kHz konnte somit eine Regelabweichung Le(fM) von +10 dB des tatsächlich vom Maskierungsgeräusch erzeugten Schallpegels vom Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches Ln M bestimmt werden. Anschließend wurden die Verfahrensschritte für das Maskierungsgeräusch m=2 mit einem Frequenzbereich fM von einer Terz und einer Mittenfrequenz von 2 kHz sowie einem Testton m=2 mit einer Frequenz fT= 3,4 kHz durchlaufen. Der Verlauf der, um die unbekannte Regelabweichung Le(fM) bei fM verschobenen Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches, relativen Maskierungsschwelle im Vergleich zu einer Referenzkurve ist in Figur 4 (C) dargestellt. Für die Mittenfrequenz von 2 kHz konnte somit eine Regelabweichung Le(fM) von -10 dB des tatsächlich vom Maskierungsgeräusch erzeugten Schallpegels vom Eingangssignalpegel des Maskierungsgeräusches Ln M bestimmt werden. Für jeden Frequenzbereich fM des Maskierungsgeräusches wurde das Verfahren für jeweils mindestens n = 3 Schallpegel Ln M des Maskierungsgeräusches durchgeführt. Aus den ermittelten Regelabweichungen Le(fM) aller Frequenzbereiche des Maskierungsgeräusches, die jeweils zwischen den Kurvenverläufen der relativen Maskierungsschwellen und den Referenzkurven berechnet wurden, wurde schließlich ein Entzerrungsfilter über die verwendeten Frequenzbereiche der Maskierungsgeräusche berechnet.
Beim späteren Abspielen von Audiosignalen auf dem Audiowiedergabegerät wurde der Entzerrungsfilter angewendet und es konnte ein kalibriertes Audiosignal ausgegeben werden. Referenzen
[1] R. J. Bakerand S. Rosen, "Auditory filter nonlinearity across frequency using simultaneaus notched-noise masking," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 119, no. 1, pp. 454-462, 2006.
Bezugszeichenliste la, 2a, 3a Maskierungsgeräusche lb, 2b, 3b relative Maskierungsschwelle lc, 2c, 3c Maskierungskurvenverlauf
1 d, 2d, 3d Referenzkurve
10, 20 Testton
30 Audiosignal
40 Audiowiedergabesystem
50 umgebende Geräusche
70 Testton hörbar
80 Schnittstelle
100 Veränderung des Eingangssignalpegels des Testtones
101 Testton
200 Speichern der Maskierungsschwelle
201 Berechnen der relativen Maskierungsschwelle
204 Maskierungsgeräusch
300 Referenzkurve
310 Pegelkorrektur
320 Entzerrungsfilter
400 ortsunabhängige Verfahrensschritte
500 Verfahrensschritte vor Ort am Audiosystem

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems (40), aufweisend die Schritte a. Bereitstellen eines Maskierungsgeräusches (204) mit einem Eingangssignalpegel L^, wobei n e N und einem Frequenzbereich fM durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Maskierungsgeräusches (204) durch einen Signalgenerator, Übertragen des Maskierungsgeräusches (204) an ein Audiowiedergabesystem (40) und Wiedergabe auf diesem mit einem Ausgangsschallpegel mit unbekannter Regelabweichung Le(fivi); b. Bereitstellen eines Testtones (101) mit einem Eingangssignalpegel LT und einer Frequenz durch die Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Testtones (101) durch einen Signalgenerator, Übertragen des Testtones (101) an das Audiowiedergabesystem (40) und Wiedergabe auf diesem mit einem unbekannten Ausgangsschallpegel; c. Angabe eines Nutzers über eine geeignete Schnittstelle (80), ob der Testton (101) wahrnehmbar ist oder nicht und Übertragen dieser Information an die Datenverarbeitungsvorrichtung; d. Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones LT so lange, bis der Eingangssignalpegel LS T des Testtones (101) erreicht ist, bei dem der Testton (101) gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel LS T die Maskierungsschwelle für den Testton (101) mit der Frequenz fr für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignal pegel Ln M und dem Frequenzbereich fM ist; e. Speichern der Maskierungsschwelle LS T und berechnen der relativen Maskierungsschwelle ALn = Ln M - Ls r f. Wiederholen der Schritte a. bis e. für n Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches (204) im Frequenzbereich fM, wobei n e N, wobei der Testton (101) jeweils die gleiche Frequenz fr aufweist; g. Auftragung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches (204); Vergleich der Kurve mit einer Referenzkurve (300) und Berechnung der Regelabweichung Le(fM) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches (204) aus den beiden Kurven; h. Berechnung eines Entzerrungsfilters (320) aus den Regelabweichungen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für m Maskierungsgeräusche (204) mit m verschiedenen Frequenzbereichen fw durchgeführt wird, wobei m e N.
3. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das n zwischen 2 und 20, bevorzugt zwischen 3 und 10, besonders bevorzugt zwischen 3 und 5 liegt.
4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsgeräusch (204) ein bandbegrenztes Rauschen, ein Sinuston oder ein anders Geräusch ist.
5. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereiches f^des Maskierungsgeräusches (204) zumindest teilweise den hörbaren Bereich des Frequenzspektrums abdeckt.
6. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangssignalpegel Ln M so festgelegt wird, dass der durch das Audiowiedergabesystem (40) erzeugte Schallpegel zwischen 20 und 100 dB, bevorzugt zwischen 30 und 90 dB, besonders bevorzugt zwischen 50 und 90 dB liegt.
7. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkurve (300) durch ein kalibriertes Audiowiedergabesystem (40) bestimmt wurde.
8. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiowiedergabegerät (40) ein Lautsprecher oder Kopfhörer ist.
9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Entzerrungsfilter (320) bei der Wiedergabe von Geräuschen durch das Audiowiedergabesystem (40) verwendet wird, um eine kalibrierte Audiowiedergabe zu ermöglichen.
10. System zur psychoakustischen Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems (40), dazu eingerichtet, dass ein Verfahren für die psychoakustische Kalibrierung eines Audiowiedergabesystems (40), aufweisend die Schritte a. Bereitstellen eines Maskierungsgeräusches (204) mit einem Eingangssignalpegel L^, wobei n e N und einem Frequenzbereich fM durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Maskierungsgeräusches (204) durch einen Signalgenerator, Übertragen des Maskierungsgeräusches (204) an ein Audiowiedergabesystem (40) und Wiedergabe auf diesem mit einem Ausgangsschallpegel mit unbekannter Regelabweichung Le(fivi); b. Bereitstellen eines Testtones (101) mit einem Eingangssignalpegel LT und einer Frequenz durch die Datenverarbeitungsvorrichtung, Erzeugen des Testtones (101) durch einen Signalgenerator, Übertragen des Testtones (101) an das Audiowiedergabesystem (40) und Wiedergabe auf diesem mit einem unbekannten Ausgangsschallpegel; c. Angabe eines Nutzers über eine geeignete Schnittstelle (80), ob der Testton (101) wahrnehmbar ist oder nicht und Übertragen dieser Information an die Datenverarbeitungsvorrichtung; d. Anpassen des Eingangssignalpegels des Testtones LT so lange, bis der Eingangssignalpegel LS T des Testtones (101) erreicht ist, bei dem der Testton (101) gerade noch vom Nutzer wahrgenommen wird, wobei der Eingangssignalpegel LS T die Maskierungsschwelle für den Testton (101) mit der Frequenz fr für das Maskierungsgeräusch mit dem Eingangssignal pegel Ln M und dem Frequenzbereich fM ist; e. Speichern der Maskierungsschwelle LS T und berechnen der relativen Maskierungsschwelle ALn = Ln M - Ls r f. Wiederholen des Schrittes a. bis e. für n Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches (204) im Frequenzbereich fM, wobei n e N, wobei der Testton (101) jeweils die gleiche Frequenz fr aufweist; g. Auftragung des Verlaufs der relativen Maskierungsschwelle ALn über dem Eingangssignalpegel Ln M des Maskierungsgeräusches (204); Vergleich der Kurve mit einer Referenzkurve (300) und Berechnung der Regelabweichung Le(fM) zwischen Eingangssignalpegel und Ausgangsschallpegel des Maskierungsgeräusches (204) aus den beiden Kurven; h. Berechnung eines Entzerrungsfilters (320) aus den Regelabweichungen; darauf ablaufen kann.
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