DE102016204448A1

DE102016204448A1 - Verfahren und Gerät

Info

Publication number: DE102016204448A1
Application number: DE102016204448.6A
Authority: DE
Inventors: Michael ENENKL
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2016-10-06
Also published as: US9980043B2; US20160295325A1

Abstract

Verfahren umfassend ein Bestimmen eines Audiorauschspektrums, das externes Audiorauschen repräsentiert, ein Bestimmen eines Audioreferenzspektrums, das von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und ein Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Ton-Equalisierung, insbesondere auf Verfahren und Geräte zum Einstellen der Balance zwischen Frequenzkomponenten eines Audiosignals.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Beim Hören von Audioinhalten wie beispielsweise Musik über beispielsweise Kopfhörer, beeinflussen Geräusche (bzw. Rauschen) in der Umgebung des Hörers den klanglichen Eindruck des Materials. Das externe Rauschen kann die Wahrnehmung des musikalischen Materials maskieren.
Wenn man mit Kopfhörern Audio hört, das von einem Musikwiedergabegerät reproduziert wird, so mag der Klang in einer Hörumgebung perfekt sein, in der keine oder geringe externe Geräusche auftreten. Im Falle einer geräuschreichen Umgebung (z. B. einem Zug) wird die Klangerfahrung über Kopfhörer allerdings durch den auditorischen Maskierungseffekt verschlechtert sein. Die niedrigen Frequenzen unterhalb der Schwelle des externen Rauschens werden nicht gut zu hören sein. Der Kopfhörer wird so klingen, als würde er unterhalb einer bestimmten niedrigen Frequenz keine Frequenzen mehr liefern. Daraus resultiert die Wahrnehmung eines verschlechterten Basses.
Aktive Geräusch- bzw. Rauschkontrolle, die auch bekannt ist als Rauschunterdrückung oder aktive Rauschunterdrückung, ist ein Verfahren, um unerwünschte Töne zu reduzieren, indem anderer Klang addiert wird, der eingeführt wird, um die unerwünschten Töne auszulöschen. Aktive Geräuschkompensation wird üblicherweise basierend auf analogen Schaltkreisen oder digitaler Signalverarbeitung realisiert. Adaptive Algorithmen sind dazu ausgelegt, die Wellenform des Hintergrundrauschens zu analysieren. Dann wird ein Signal erzeugt, das die Polarität des ursprünglichen Signals entweder verschiebt oder invertiert.
Eine Rauschkompensation erfordert allerdings einen mit der zu dämpfenden Tonquelle kolokalisierten Lautsprecher. Ferner verschlechtern aktive Rauschkompensationssysteme des Standes der Technik die Wahrnehmung niedriger Frequenzen.
Obgleich Techniken für eine aktive Rauschkompensation existieren, ist es im Allgemeinen wünschenswert alternative Verfahren und Geräte zur Rauschkontrolle bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß eines ersten Aspekts stellt die Offenbarung ein Verfahren bereit, das ein Bestimmen eines Audiorauschspektrums umfasst, welches externes Audiorauschen repräsentiert, ein Bestimmen eines Audioreferenzspektrums, das einen Audioinhalt repräsentiert, der von einem Hörer wahrgenommen werden soll, sowie ein Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum.
Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Offenbarung ein elektronisches Gerät bereit, das eine Rauschspektrum-Bestimmungseinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein Audiorauschspektrum zu bestimmen, das externes Audiorauschen repräsentiert, eine Referenzspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audioreferenzspektrum zu bestimmen, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, sowie eine Kompensationsspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Frequenzkompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum zu bestimmen.
Weitere Aspekte ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben, in denen:
1 ein Diagramm zeigt, das schematisch den Zusammenhang zwischen einer Quellenfrequenzantwort, 1/f-Rauschen und einer entsprechenden wahrgenommenen Frequenzantwort darstellt;
2 ein Diagramm zeigt, das schematisch den Zusammenhang zwischen 1/f-Rauschen, einer kompensierten Frequenzantwort und einer wahrgenommenen Frequenzantwort aufzeigt;
3 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Geräts zum Bestimmen eines Kompensationsspektrums zeigt;
4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Geräts zum Bestimmen eines Kompensationsspektrums zeigt;
5 schematisch ein Beispiel für das Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum beschreibt;
6 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Geräts zum Erzeugen eines kompensierten Audiosignals basierend auf einer Quellsignaldatei und einem Kompensationsspektrum zeigt;
7 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines kompensierten Audiosignals zeigt; und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines kompensierten Audiosignals zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bevor eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben wird, werden einige allgemeine Erläuterungen getätigt.
Hier werden Verfahren offenbart, die ein Bestimmen eines Audiorauschspektrums umfassen, das externes Audiorauschen repräsentiert, ein Bestimmen eines Audioreferenzspektrums, das von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, sowie ein Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum.
Das offenbarte Verfahren kann dazu verwendet werden, das externe Rauschspektrum an einem Ohr des Hörers zu bestimmen und dynamisch die Frequenzantwort eines elektronischen Geräts wie beispielsweise eines Musikwiedergabegeräts anzupassen, so dass der Hörer in die Lage versetzt wird, alle Frequenzen des gewünschten Musikmaterials auf optimierte Weise zu hören.
Das Verfahren kann beispielsweise in einem elektronischen Gerät wie einem Musikwiedergabegerät angewandt werden, insbesondere in einem tragbaren Musikwiedergabegerät, wie beispielsweise einem Mobiltelefon oder einem tragbaren Audiowiedergabegerät. Die Offenbarung ist allerdings nicht auf solch eine Nutzung beschränkt. Das in dieser Spezifikation offenbarte Konzept kann beispielsweise auch in Verbindung mit Radios in Fahrzeugen oder in anderen Situationen genutzt werden, wo Rauschen die Wahrnehmung eines Hörers des Audioinhalts stört.
Externes Audiorauschen kann beispielsweise das Geräusch eines fahrenden Zuges sein, wenn in einem Zugabteil Musik gehört wird. Externes Audiorauschen kann auch das Geräusch eines Motors im Inneren eines Fahrzeugs oder dergleichen sein.
Ein Audiorauschspektrum kann beispielsweise ein Frequenzspektrum sein, das von erfasstem externen Audiorauschen erhalten wird. Ein Audiorauschspektrum kann beispielsweise mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) eines erfassten Audiorauschsignals erhalten werden.
Ein Audiorauschspektrum kann beispielsweise durch einen Satz an Frequenzen und entsprechenden Phasen repräsentiert werden. Ein Audiorauschspektrum kann auch durch ein Leistungsspektrum (Powerspektrum) repräsentiert werden. Ein Leistungsspektrum kann beispielsweise durch Amplituden oder quadrierte Amplituden repräsentiert werden.
Das Audiorauschsignal kann beispielsweise mittels eines Mikrofons erfasst werden. Das Mikrofon kann mit einem Audiowiedergabegerät verbunden sein, oder es kann sich um ein Mikrofon handeln, das in das Audiowiedergabegerät eingebaut ist. In spezifischen Ausführungsbeispielen ist ein Mikrofon mit einem elektronischen Gerät verbunden, um das Erfassen des externen Audiorauschens zu optimieren.
Ein von einem Hörer wahrzunehmender Audioinhalt kann jegliche Art von Audiosignal sein, das von einem elektronischen Gerät wie beispielsweise einem Audiowiedergabegerät erzeugt wird, um von einem Hörer gehört zu werden. Der Hörer kann beispielsweise einen Kopfhörer nutzen, um den Audioinhalt zu hören. Der Audioinhalt kann beispielsweise ein Musikstück sein, ein Audio-Stream einer Funkübertagung, oder dergleichen.
Ein Audioreferenzspektrum kann mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) erhalten werden und beispielsweise durch Frequenzen, Phasen, Amplituden oder quadrierte Amplituden repräsentiert werden. Insbesondere kann das Audioreferenzspektrum als ein Leistungsspektrum repräsentiert werden, das Amplituden oder quadrierte Amplituden umfasst.
Das Audioreferenzspektrum und das Audiorauschspektrum können beispielsweise durch ein Schalldruckpegelspektrum (Sound-Pressure-Level-Spektrum, SPL) von Schall repräsentiert werden, der auf die Ohren eines Hörers einwirkt. Der Schalldruckpegel (SPL) oder auch der akustische Schalldruck ist ein logarithmisches Maß des effektiven Schalldrucks eines Schalls relativ zu einem Bezugswert. Ein üblicherweise genutzter Bezugsschalldruck im Ohr ist die Schwelle der menschlichen Wahrnehmung, die 20 μPa beträgt.
Ein Audiorauschspektrum zusammen mit einem Audioreferenzspektrum kann dazu verwendet werden, um ein Kompensationsspektrum zu bestimmen.
Ein Kompensationsspektrum kann dazu verwendet werden, einen Equalizer zu steuern, um die Balance zwischen Frequenzkomponenten eines von einem Hörer zu hörenden Audiosignals einzustellen.
Ein Kompensationsspektrum kann beispielsweise durch Frequenzen, Phasen, Amplituden und/oder quadrierte Amplituden repräsentiert werden. Ein Kompensationsspektrum kann insbesondere ein Leistungsspektrum sein, das Amplituden oder quadrierte Amplituden umfasst.
Ein Kompensationsspektrum kann eine beliebige Anzahl an Datenwerten (z. B. Amplituden, quadrierte Amplituden oder dergleichen) umfassen. Beispielsweise kann ein Kompensationsspektrum nur einige wenige Werte umfassen, die spezifische Bereiche innerhalb des Frequenzspektrums repräsentieren, wie beispielsweise niedrige Frequenzen (Bass), mittlere Frequenzen und hohe Frequenzen. Allerdings kann ein Kompensationsspektrum auch eine große Anzahl an Datenwerten umfassen, wobei jeder Frequenzbereich durch viele Datenwerte repräsentiert wird. Mit anderen Wort kann ein Kompensationsspektrum beliebig fein oder grob gewählt werden, abhängig von den spezifischen Bedürfnissen und/oder Konzeptionen.
Ein Kompensationsspektrum kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Balance zwischen Frequenzkomponenten eines Musiksignals einzustellen, das von einem elektronischen Gerät wie beispielsweise einem Audiowiedergabegerät oder einem Mobiltelefon reproduziert wird.
Das Bestimmen des Audiorauschspektrums kann ein Berechnen eines Rauschschalldruckpegelspektrums von externem Rauschen basierend auf einem erfassten Audiorauschsignal umfassen. Insbesondere kann das Bestimmen eines Audiorauschspektrums ein Berechnen eines Rauschschalldruckpegelspektrums an den Ohren des Hörers umfassen. Beispielsweise kann eine Transferfunktion zur Berechnung eines Rauschschalldruckpegelspektrums an den Ohren des Hörers verwendet werden, wobei Transferfunktion die Dämpfung von externem Rauschen auf dem Weg durch einen Kopfhörer beschreibt.
Das Bestimmen eines Audioreferenzspektrums kann ein Berechnen eines Referenzschalldruckpegelspektrums basierend auf einem erfassten Audioreferenzsignal und basierend auf einer Sensitivitätsfunktion umfassen. Eine Sensitivitätsfunktion kann beispielsweise die Sensitivität eines Kopfhörers beschreiben, der von einem Hörer verwendet wird, um einen Audioinhalt zu hören. Eine Sensitivitätsfunktion setzt elektrische Leistung, die einem Kopfhörer zugeführt wird, in Bezug zu einem entsprechenden Schalldruckpegel, der von dem Kopfhörer basierend auf der elektrischen Leistung erhalten wird. Die Sensitivität eines Kopfhörers kann beispielsweise definiert werden als der Schalldruckpegel (dB lin.) bei 1 mW nominaler Leistung bei 1 kHz.
Ein Audioreferenzsignal kann erhalten werden durch Messen eines Spannungssignals an einem Audioausgangsverstärker eines elektronischen Geräts. Das Spannungssignal kann somit einem Spannungssignal entsprechen, das von einem Audioausgangsverstärker eines Audiowiedergabegeräts an einen Kopfhörer übertragen wird.
In alternativen Ausführungsbeispielen wird das Audioreferenzsignal erhalten durch Erfassen eines Audioquellsignals, das von einem Audio-Renderer erzeugt wird. In diesem Fall kann das Audioreferenzsignal beispielsweise erhalten werden, indem ein von einem Audio-Renderer erzeugtes Audioquellsignal gemäß der Verstärkungssteuerung durch einen Hörer verstärkt wird, und dann dieses Audioquellsignal mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) umgewandelt wird, um ein Audioreferenzspektrum zu erhalten.
Das Bestimmen eines Kompensationsspektrums kann das Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum umfassen.
Ein Kompensationsspektrum kann beispielsweise durch Subtraktion eines Leistungsspektrums des Audiorauschens von einem Leistungsspektrum der Audioreferenz erhalten werden.
Das Kompensationsspektrum kann von einer Zielfrequenzantwort subtrahiert werden, was in einer Verstärkung oder einer Abschneidung entsprechender Frequenzen resultiert.
Das Kompensationsspektrum kann limitiert werden, um zu vermeiden, dass eine bestimmte Verstärkung überschritten wird oder bestimmte Frequenzen abzuschneiden, so dass die für die Kompensation erforderliche Energie minimiert wird, so dass sichergestellt wird, dass die Wiedergabemöglichkeiten eines Kopfhörertreibers nicht überschritten werden.
Das Verfahren kann ferner ein Integrieren des Kompensationsspektrums über eine bestimmte Zeitspanne umfassen. Dies kann abrupte Änderungen bei der Frequenzkompensation verhindern, welche die Wahrnehmung des Audioinhalts durch den Hörer stören könnten. Die Integration kann beispielsweise auf einer Zeitskala von einigen Sekunden ausgeführt werden, beispielsweise drei Sekunden, fünf Sekunden oder sogar mehr Sekunden. Die Integration kann insbesondere in einer Mittelung des Kompensationsspektrums über eine bestimmte Zeitspanne resultieren.
Das Verfahren kann ferner das Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal umfassen. Dies kann es ermöglichen, die Frequenzantwort dynamisch einzustellen, so dass ein Hörer immer alle Musikfrequenzen gut ausbalanciert wahrnehmen kann und keine Verschlechterung insbesondere in dem Bassfrequenzbereich auftritt.
Das Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf einem Audioquellsignal kann das Ausbalancieren des Audioquellsignals gemäß dem Kompensationsspektrum umfassen. Beispielsweise kann das Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf einem Audioquellsignal durch einen Equalizer implementiert werden, der ein Audioquellsignal basierend auf Kompensationswerten ausbalanciert, die von einem Kompensationsspektrum erhalten werden.
Das Bestimmen des Kompensationsspektrums kann ferner auf einem Zielspektrum basieren. Das Zielspektrum kann Nutzervorlieben repräsentieren, wie beispielsweise eine Einstellung, welche die Bassfrequenzen bzgl. der mittleren und hohen Frequenzen verstärkt.
Das Zielspektrum kann allerdings auch eine Nutzeroption sein. Sollte ein Nutzer nicht aktiv Nutzervorlieben bereitstellen, so kann das Zielspektrum flach gewählt werden, was bedeutet, dass keine Modifikation des Kompensationsspektrums ausgeführt wird.
Das Verfahren kann ferner ein Limitieren des Kompensationsspektrums umfassen. Dieses Limitieren kann beispielsweise durch einen Limitierungsblock realisiert werden und es kann dazu genutzt werden, zu vermeiden, dass eine bestimmte Verstärkung überschritten wird, oder bestimmte Frequenzen abzuschneiden, so dass die Energie für die Kompensierung minimiert wird und sichergestellt wird, dass die Wiedergabefähigkeiten eines Kopfhörertreibers nicht überschritten werden.
Die offenbarten Verfahren können die volle Klangwahrnehmung aller Frequenzen einer Musikdarbietung bewahren, sogar in dem Fall, dass eine externe Maskierung durch Umgebungsgeräusche vorliegt. Die Verfahren können sich dynamisch auf unterschiedliche Grade an externem Rauschen einstellen, so dass alle Spektralkomponenten jederzeit gehört werden können.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren auch ein elektronisches Gerät, das eine Rauschspektrum-Bestimmungseinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein Audiorauschspektrum zu bestimmen, das externes Audiorauschen repräsentiert, eine Referenzspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audioreferenzspektrum zu bestimmen, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, sowie eine Kompensationsspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Frequenzkompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum zu bestimmen.
Das elektronische Gerät kann beispielsweise ein Audiowiedergabegerät oder ein Mobiltelefon, ein Autoradio oder ein anderes Tonwiedergabesystem sein.
Die Rauschspektrum-Bestimmungseinheit kann ein Mikrofon für das Erfassen von externen Geräuschen (bzw. externem Rauschen) umfassen.
Das elektronische Gerät kann ferner einen Equalizer umfassen, der dazu ausgelegt ist, ein Audiosignal basierend auf dem Kompensationsspektrum auszubalancieren.
Nun werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Diagramm, das schematisch den Zusammenhang zwischen einer Quellfrequenzantwort, 1/f Rauschen und der wahrgenommenen Frequenzantwort beschreibt. Das Diagramm zeigt auf der Abszisse Frequenzwerte und auf der Ordinate entsprechende Amplitudenpegel. Die gepunktete Linie repräsentiert eine Quellfrequenzantwort eines von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalts. Die gestrichelte Linie gibt die Frequenzantwort eines externen Rauschsignals an. Das Rauschsignal hat eine 1/f Charakteristik, was bedeutet, dass das Rauschen bei niedrigen Frequenzen groß ist und das Rauschen mit zunehmenden Frequenzen kleiner wird. Wie in dem Diagramm der 1 zu sehen ist, ist die wahrgenommene Frequenzantwort in Bereichen, in denen das 1/f Rauschen groß ist, gedämpft. Die durchgezogene Linie beschreibt die Frequenzantwort, wie sie vom Hörer wahrgenommen wird.
Falls eine 1/f Frequenzspektralverteilung des Umgebungsrauschens betrachtet wird, wie dies in 1 der Fall ist, so werden insbesondere die niedrigen Frequenzen weniger intensiv wahrgenommen. Im Falle anderer Rauschverteilungen könnten auch andere Frequenzbereiche betroffen sein.
2 zeigt ein Diagramm, das schematisch den Zusammenhang zwischen einer kompensierten Frequenzantwort, 1/f Rauschen und einer wahrgenommenen Frequenzantwort beschreibt. Wieder gibt die gestrichelte Linie eine Frequenzantwort eines externen Rauschsignals an. Die gepunktete Linie repräsentiert eine Quellfrequenzantwort des Audioinhalts, die mittels eines Kompensationsspektrums kompensiert wurde. Die kompensierte Quellfrequenzantwort entspricht im Wesentlichen der Quellfrequenzantwort in 1. Allerdings wurde durch Equalisierung die Ausbalancierung der Frequenzkomponenten der Quellfrequenzantwort geändert, um eine Dämpfung durch 1/f Rauschen zu kompensieren. Das heißt, in den niedrigen Frequenzbereichen vergrößert das Ausbalancieren der Quellfrequenzantwort die Amplitude der Quellfrequenzantwort, so dass eine entsprechende kompensierte Frequenzantwort größer ist als die ursprüngliche Quellfrequenzantwort. Die kompensierte Frequenzantwort wird, falls sie von dem 1/f Rauschsignal betroffen ist, gedämpft, aber das Kompensationsspektrum wird so gewählt, dass die gedämpfte kompensierte Frequenzantwort zu einer wahrgenommenen Frequenzantwort (durchgezogene Linie in 2) führt, die weitgehend der ursprünglichen Quellfrequenzantwort ähnelt (siehe 1).
Hier hat insbesondere die kompensierte Quellfrequenzantwort die Frequenzen in dem Bassbereich vergrößert, so dass die Dämpfung durch 1/f Rauschen nicht zu einer Verschlechterung der Hörerfahrung führt.
3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Geräts zum Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf einem Audiorauschspektrum und basierend auf einem Audioreferenzspektrum.
Ein Mikrofon 1 erfasst externes Audiorauschen. Das Audiorauschsignal wird durch einen Verstärker 3 verstärkt. Das verstärkte Rauschsignal wird durch einen Tiefpassfilter 5 geführt, der Signale mit Frequenzen unterhalb einer bestimmten Schwellfrequenz durchlässt und Signale mit Frequenzen größer als der Schwellwertfrequenz dämpft. Das tiefpassgefilterte Signal wird einem Analog-Digital(A/D)-Konverter 7 zugeführt, der das erfasste Audiosignal in ein Digitalsignal umwandelt. Das digitale Signal wird einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) 9 zugeführt, um ein Frequenzspektrum zu erzeugen. Dann wird eine Transferfunktion 11 auf das resultierende Frequenzspektrum angewandt. Die Transferfunktion 11 simuliert die Dämpfung des externen Rauschens bei der Propagation zu den Ohren des Hörers. Das resultierende Audiorauschspektrum repräsentiert den Schalldruckpegel, der an den Ohren des Hörers wahrgenommen wird. Das resultierende Audiorauschspektrum wird durch eine logarithmische Einheit 13 geführt, die das Audiorauschspektrum logarithmiert.
Das Ergebnis dieser Berechnung ist ein Audiorauschspektrum, hier ein Schalldruckpegel(SPL)-Spektrum, das externes Audiorauschen repräsentiert, wie es an den Ohren eines Hörers wahrgenommen wird. Das derart erhaltene Audiorauschspektrum kann zusammen mit einem Audioreferenzspektrum weiterverarbeitet werden, wie es im Folgenden genauer beschrieben wird. Ein Audioreferenzspektrum wird wie folgt erhalten.
Eine Spannungsmessung wird an dem Ausgangsverstärker eines elektronischen Geräts vorgenommen. Das gemessene Spannungssignal repräsentiert das Signal, das der Ausgangsverstärker an den Lautsprecher 15 (hier ein Kopfhörer) liefert. Das gemessene Spannungssignal wird in einem Verstärker 17 verstärkt, durch einen Tiefpassfilter 19 geführt und durch einen Analog-Digital(A/D)-Konverter 21 in digitale Daten umgewandelt. Die digitalen Daten werden einer Fast-Fourier-Transformation 23 zugeführt und das resultierende Frequenzspektrum wird in einer Sensitivitätsfunktion 25 verarbeitet, welche die elektrische Spannungsmessung in einen Schallpegel umwandelt. Die Sensitivitätsfunktion 25 ermöglicht es, den Schalldruckpegel (SPL) abzuschätzen, der auf die Ohren des Hörers wirkt, wenn das an dem Ausgangsverstärker gemessene elektrische Signal dem Kopfhörer 15 zugeführt wird. Das resultierende Schalldruckpegelspektrum wird in der Logarithmiereinheit 27 logarithmiert, um ein Audioreferenzspektrum zu erhalten.
Das so erhaltene Audioreferenzspektrum kann zusammen mit einem an der Logarithmiereinheit 13 erhaltenen Audiorauschspektrum weiterverarbeitet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das an der Logarithmiereinheit 27 erhaltene Audioreferenzspektrum von dem an der Logarithmiereinheit 13 erhaltenen Audiorauschspektrum subtrahiert.
Bei der Subtraktion werden insbesondere die Schalldruckpegel(SPL)-Werte des Audiorauschspektrums und des Audioreferenzspektrums voneinander subtrahiert.
Ferner kann, wie dies unten unter Bezugnahme auf 5 genauer beschrieben wird, das Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum ein Beschränken des Kompensationsspektrums auf einen durch eine Maximalfrequenz definierten Frequenzbereich umfassen.
Das resultierende Differenzspektrum kann als ein Kompensationsspektrum benutzt werden.
Nach der Subtraktion wird das Differenzspektrum einem Integrator 29 zugeführt, der das Differenzspektrum über eine bestimmte Zeitspanne integriert.
Das resultierende Referenzspektrum wird dann basierend auf einem Zielspektrum 31 modifiziert. Dieses Zielspektrum 31 repräsentiert Nutzervorlieben. Die Modifikation kann beispielsweise darin bestehen, das Zielspektrum von dem Differenzspektrum zu subtrahieren oder zu addieren.
Das resultierende modifizierte Differenzspektrum wird dann an einen Limitierer 33 weitergegeben, der das Differenzspektrum derart limitiert, dass eine bestimmte Verstärkung nicht überschritten wird, oder bestimmte Frequenzen abgeschnitten werden.
Das resultierende limitierte Differenzsignal, das auf dem von Mikrofon 1 erhaltenen Audiorauschspektrum und dem Audioreferenzspektrum basiert, das von der Spannungsmessung am Ausgangsverstärker erhalten wird, der den Lautsprecher 15 speist, kann dann als ein Kompensationsspektrum bei der Weiterverarbeitung genutzt werden.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf einem Audiorauschspektrum und basierend auf einem Audioreferenzspektrum. Die Bestimmung eines Audiorauschspektrums ist ähnlich dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel bezüglich 3. Ein Mikrofon 1 erfasst externes Audiorauschen. Das erfasste Audiorauschsignal wird in einem Verstärker 3 verstärkt und durch einen Tiefpassfilter 5 geleitet, dann in einem Analog-Digital(A/D)-Konverter 7 digitalisiert und durch eine Fast-Fourier-Transformation 9 geleitet, durch eine Transferfunktion 11 verarbeitet und in einer Logarithmiereinheit 13 logarithmiert, um ein Audiorauschspektrum zu erhalten.
Ein Audioreferenzspektrum wird durch Rendern eines Audioinhalts mit einem Audio-Renderer 37 erhalten, wobei das resultierende Audiosignal durch eine nutzergesteuerte Verstärkungssteuerung 39 geführt wird, und das resultierende Signal durch eine Fast-Fourier-Transformation 41 geführt wird und das resultierende Signal mit der Logarithmiereinheit 43 logarithmiert wird.
Das resultierende Audiofrequenzspektrum wird zusammen mit dem Audiorauschspektrum wie folgt weiterverarbeitet.
Das von dem Mikrofon 1 erhaltene Audioreferenzspektrum wird von dem vom Audio-Renderer 37 erhaltenen Audiorauschsignal subtrahiert. Das resultierende Differenzsignal wird in dem Integrator 29 integriert und dann durch ein Zielspektrum 31 modifiziert. Das resultierende Differenzspektrum wird schließlich durch einen Limitierer 33 geführt, um das Kompensationsspektrum 35 zu erhalten.
5 zeigt schematisch ein Beispiel für das Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum ein Beschränken des Kompensationsspektrums auf einen Frequenzbereich, der durch eine Maximalfrequenz definiert ist.
Als erstes werden Amplituden eines Audioreferenzspektrums F_ref (gepunktete Linie) von Amplituden eines Audiorauschspektrums F_noise (gestrichelte Linie) subtrahiert, um Differenzen F_noise – F_ref zu erhalten. Dann wird eine Maximumfunktion F_diff = max(F_noise – F_ref, 0) auf die Differenzen F_noise – F_ref angewandt, so dass negative Werte der Differenzen auf Null gesetzt werden. Als Ergebnis wird die Kompensation auf einen Frequenzbereich beschränkt, der durch eine Maximalfrequenz f_max beschränkt ist, wobei f_max dem Frequenzwert entspricht, bei dem das Audiorauschspektrum und das Audioreferenzspektrum gleiche Werte aufweisen.
Ferner werden in diesem Ausführungsbeispiel unter einer Minimalfrequenz f_min die Kompensation kontinuierlich auf null verkleinert, um eine Überlastung eines Audiosystems zu vermeiden. Diese Limitierung kann beispielsweise in dem Limitierer 33 der 3 stattfinden, beispielsweise nach der Subtraktion des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum und nach dem Integrieren des Differenzspektrums. Auch kann alternativ die Limitierung direkt während der Subtraktion oder unmittelbar nach der Subtraktion stattfinden.
Das finale Kompensationsspektrum, das auf diese Weise erhalten wird, ist in 5 als durchgezogene Linie gezeigt.
Es sei angemerkt, dass, um die Subtraktion leicht verständlich zu machen, in dem schematischen Diagramm der 5 das Audioreferenzspektrum als ein flaches Spektrum vereinfacht wird. In der Realität kann die Gestalt des Audioreferenzspektrum natürlich komplexer sein. Beispielsweise kann die Gestalt des Audioreferenzspektrums der Gestalt des in 1 gezeigten Quellfrequenzspektrums ähneln.
In der Beschreibung oben wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein Kompensationsspektrum erhalten durch Subtrahieren eines Audioreferenzspektrums von einem Audiorauschspektrum wird. Es sind auch andere Wege denkbar, das Kompensationsspektrum basierend auf einem Audioreferenzspektrum und basierend auf einem Audiorauschspektrum zu erhalten. Beispielsweise werden in einem alternativen Ausführungsbeispiel ein Satz von möglichen Referenzspektren und Rauschspektren in einer Lookup-Tabelle zusammen mit entsprechenden vordefinierten Kompensationsspektren vorabgespeichert. In diesem Fall kann ein Kompensationsspektrum erhalten werden, in dem in der Lookup-Tabelle nach einem Eintrag gesucht wird, der nahe an einem gemessenen Audioreferenzspektrum und einem gemessenem Audiorauschspektrum liegt, und das vordefinierte Kompensationsspektrum für den aufgefundenen Eintrag kann dann als das anzuwendende Kompensationsspektrum ausgewählt werden.
6 zeigt schematisch ein Gerät zum Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf einem Kompensationsspektrum und basierend auf einem Audioquellsignal.
Ein Audioquellsignal 37 (z. B. die Ausgabe eines Medienabspielgeräts) wird einem Equalizer 45 zugeführt. Der Equalizer 45 ist dazu ausgelegt, die Balance zwischen Frequenzkomponenten des Audioquellsignals 37 basierend auf dem Kompensationsspektrum 35 einzustellen. Der Equalizer gibt ein kompensiertes Audiosignal aus. Das kompensierte Audiosignal wird durch eine nutzergesteuerte Verstärkungssteuerung 47 geführt und wird dann an einen Lautsprecher 49 ausgegeben, hier ein Kopfhörer, der von einem Hörer des Audioquellsignals verwendet wird. Dieser Lautsprecher kann beispielsweise derselbe Lautsprecher sein, wie Lautsprecher 15 in 3, an dem das Audioreferenzsignal erhalten wird. Das heißt, das kompensierte Audiosignal kann selbst als Audioreferenzsignal wirken und die Kompensation wird sich selbstständig automatisch stabilisieren.
Wie oben beschrieben ist der Equalizer 45 dazu ausgelegt, die Frequenzkomponenten des Audioquellsignals 37 basierend auf dem Kompensationsspektrum 35 auszubalancieren. Falls, beispielsweise, das Kompensationsspektrum große Werte im unteren Frequenzbereich aufweist, verstärkt der Equalizer 45 die niedrigen Frequenzkomponenten des Audioquellsignals 37 entsprechend. Falls dagegen das Kompensationsspektrum in einem bestimmten Frequenzbereich kleine Werte aufweist, dann modifiziert der Equalizer 45 die entsprechenden Frequenzkomponenten des Audioquellsignals 37 nicht. In einigen Ausführungsbeispielen werden Equalizer-Einstellungen direkt von einem Kompensationsspektrum erhalten. In anderen Ausführungsbeispielen wird eine Lookup-Tabelle verwendet, die vordefinierte Kompensationsspektren mit entsprechenden Equalizer-Einstellungen verknüpft.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf einem Kompensationsspektrum und basierend auf einem Audioquellsignal. Bei 701 wird ein Audiorauschsignal mit einem Mikrofon erfasst. Bei 703 wird ein Spannungssignal an einem Audioausgangsverstärker eines elektronischen Geräts gemessen, um ein Audioreferenzsignal zu erhalten. Bei 705 wird ein Rauschschalldruckpegelspektrum des externen Rauschens auf Basis des erfassten Audiorauschsignals berechnet. Bei 707 wird ein Referenzschallpegelspektrum basierend auf dem Audioreferenzsignal und basierend auf einer Sensitivitätsfunktion berechnet. Bei 709 werden das Audiorauschspektrum und das Audioreferenzspektrum subtrahiert, um ein Kompensationsspektrum zu erhalten. Bei 711 wird das Kompensationsspektrum über eine bestimme Zeitspanne integriert. Bei 713 wird das Kompensationsspektrum limitiert. Schließlich wird bei 715 ein kompensiertes Audiosignal basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal bestimmt.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf einem Kompensationsspektrum und basierend auf einem Audioquellsignal. Bei 801 wird ein Audiorauschsignal mit einem Mikrofon erfasst. Bei 803 wird ein von einem Audio-Renderer erzeugtes Audioquellsignal erfasst, um ein Audioreferenzsignal zu erhalten. Bei 805 wird ein Rauschschalldruckpegelspektrum von externem Rauschen basierend auf einem erfassten Audiorauschsignal berechnet. Bei 807 wird ein Referenzschalldruckpegelspektrum basierend auf dem Audioreferenzsignal und basierend auf einer Sensitivitätsfunktion berechnet. Bei 809 werden das Audiorauschspektrum und das Audioreferenzspektrum subtrahiert. Bei 811 wird das Kompensationsspektrum über eine bestimmte Zeitspanne integriert. Bei 813 wird das Kompensationsspektrum limitiert. Schließlich wird bei 815 ein kompensiertes Audiosignal basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal bestimmt.
Die hierin beschriebenen Verfahren werden in einigen Ausführungsbeispielen auch als Computerprogramm implementiert, das bewirkt, dass ein Computer und/oder ein Prozessor das Verfahren ausführt, wenn es auf einem Computer und/oder Prozessor ausgeführt wird. In einigen Ausführungsbeispielen wird auch ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, das ein Computerprogrammprodukt speichert, das, wenn es auf einem Prozessor, wie beispielsweise dem oben beschriebenen Prozessor, ausgeführt wird, bewirkt, dass die hier beschriebenen Verfahren ausgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Ausführungsbeispiele Verfahren in einer beispielhaften Reihenfolge der Verfahrensschritte zeigen. Die spezifische Reihenfolge der Verfahrensschritte dient allerdings nur beispielhaften Zwecken und sollte nicht als bindend angesehen werden. Beispielsweise kann die Reihenfolge von 701 und 703 oder die Reihenfolge von 705, 707 in dem Ausführungsbeispiel der 7 vertauscht werden. Auch kann die Reihenfolge von 709 und 711 in dem Ausführungsbeispiel der 7 vertauscht werden. Ferner kann die Reihenfolge von 711 und 713 in dem Ausführungsbeispiel der 7 vertauscht werden. Das gleiche gilt für entsprechende Schritte in dem Ausführungsbeispiel der 8. Weitere Änderungen der Reihenfolge von Verfahrensschritten können dem Fachmann ersichtlich sein.
Es sei auch angemerkt, dass die Aufteilung des Geräts der 3 oder 4 in Einheiten lediglich beispielhaften Zwecken dient und dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine spezielle Aufteilung von Funktionen auf spezifische Einheiten beschränkt ist. Beispielsweise kann die Fast-Fourier-Transformation (FFT) 9 und die Transferfunktion 11 auch durch einen entsprechenden programmierten Prozessor, ein feldprogrammiertes Gate-Array (FPGA) oder dergleichen implementiert sein.
Alle in dieser Spezifikation beschriebenen und in den beigefügten Ansprüchen beanspruchten Einheiten und Entitäten können, falls dies nicht anders dargestellt ist, durch integrierte Schaltungslogik implementiert werden, beispielsweise auf einem Chip, und Funktionalität, die von solchen Einheiten und Entitäten bereitgestellt wird, kann, falls dies nicht anders dargestellt ist, durch Software implementiert werden.
Insoweit die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zumindest teilweise unter Verwendung eines softwaregesteuerten Datenverarbeitungsgeräts implementiert werden, soll davon ausgegangen werden, dass auch ein Computerprogramm, das eine solche Softwaresteuerung bereitstellt, und auch ein Übertragungs-, Speicher- oder anderes Medium, durch welche solch ein Computerprogramm bereitgestellt werden, als Aspekt der vorliegenden Offenbarung anzusehen sind.
Es sei ferner angemerkt, dass die vorliegende Technologie auch wie im Folgenden beschrieben ausgelegt werden kann.

(1) Verfahren umfassend: Bestimmen eines Audiorauschspektrums, das externes Audiorauschen repräsentiert, Bestimmen eines Audioreferenzspektrums, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum.
(2) Verfahren nach (1), bei dem das Bestimmen des Audiorauschspektrums ein Berechnen eines Rauschschalldruckpegelspektrums von externem Rauschen basierend auf einem erfassten Audiorauschsignal umfasst.
(3) Verfahren nach (2), bei dem das Audiorauschsignal mit einem Mikrofon erfasst wird.
(4) Verfahren nach einem von (1) bis (3), bei dem das Bestimmen eines Audioreferenzspektrums ein Berechnen eines Referenzschalldruckpegelspektrums basierend auf einem erfassten Audioreferenzsignal und basierend auf einer Sensitivitätsfunktion umfasst.
(5) Verfahren nach einem von (1) bis (4), bei dem das Audioreferenzspektrum durch Messen eines Spannungssignals an einem Audioausgangsverstärker eines elektronischen Geräts erhalten wird.
(6) Verfahren nach einem von (1) bis (4), bei dem das Audioreferenzsignal durch Erfassen eines Audioquellsignals erhalten wird, das von einem Audio-Renderer erzeugt wird.
(7) Verfahren nach einem von (1) bis (6), bei dem das Bestimmen des Kompensationsspektrums ein Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum umfasst.
(8) Verfahren nach einem von (1) bis (7), das ferner ein Integrieren des Kompensationsspektrums über eine bestimmte Zeitspanne umfasst.
(9) Verfahren nach einem von (1) bis (8), ferner umfassend ein Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal.
(10) Verfahren nach (9), bei dem das Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal ein Ausbalancieren des Audioquellsignals gemäß dem Kompensationsspektrum umfasst.
(11) Verfahren nach einem von (1) bis (10), bei dem das Bestimmen des Kompensationsspektrums ferner auf einem Zielspektrum basiert.
(12) Verfahren nach einem von (1) bis (11), ferner umfassend ein Limitieren des Kompensationsspektrums.
(13) Elektronisches Gerät, umfassend: eine Rauschspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audiorauschspektrum zu bestimmen, das externes Audiorauschen repräsentiert, eine Referenzspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audioreferenzspektrum zu bestimmen, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und eine Kompensationsspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audio-Kompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum zu bestimmen.
(14) Elektronisches Gerät nach (13), wobei die Rauschspektrum-Bestimmungseinheit ein Mikrofon zum Erfassen von externem Audiorauschen umfasst.
(15) Elektronisches Gerät nach (13) oder (14), wobei die Referenzspektrum-Bestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, ein Spannungssignal an einem Audioausgangsverstärker des elektronischen Geräts zu messen.
(16) Elektronisches Gerät nach einem von (13) bis (15), ferner umfassend einen Equalizer, der dazu ausgelegt ist, ein Audioquellsignal basierend auf dem Kompensationsspektrum auszubalancieren.
(17) Computerprogramm, das Instruktionen umfasst, wobei die Instruktionen, wenn sie auf einem Prozessor eines elektronischen Geräts ausgeführt werden, bewirken, dass das elektronische Gerät: ein Audiorauschspektrum bestimmt, das externes Audiorauschen repräsentiert, ein Audioreferenzspektrum bestimmt, das von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und ein Kompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum bestimmt.
(18) Computerprogramm, das Instruktionen umfasst, wobei die Instruktionen, wenn sie auf einem Prozessor eines elektronischen Geräts ausgeführt werden, bewirken, dass das Verfahren nach einem von (1) bis (11) ausgeführt wird.

Claims

Verfahren umfassend: Bestimmen eines Audiorauschspektrums, das externes Audiorauschen repräsentiert, Bestimmen eines Audioreferenzspektrums, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und Bestimmen eines Kompensationsspektrums basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Audiorauschspektrums ein Berechnen eines Rauschschalldruckpegelspektrums von externem Rauschen basierend auf einem erfassten Audiorauschsignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Audiorauschsignal mit einem Mikrofon erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen eines Audioreferenzspektrums ein Berechnen eines Referenzschalldruckpegelspektrums basierend auf einem erfassten Audioreferenzsignal und basierend auf einer Sensitivitätsfunktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Audioreferenzspektrum durch Messen eines Spannungssignals an einem Audioausgangsverstärker eines elektronischen Geräts erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Audioreferenzsignal durch Erfassen eines Audioquellsignals erhalten wird, das von einem Audio-Renderer erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Kompensationsspektrums ein Subtrahieren des Audioreferenzspektrums von dem Audiorauschspektrum umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Integrieren des Kompensationsspektrums über eine bestimmte Zeitspanne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Bestimmen eines kompensierten Audiosignals basierend auf dem Kompensationsspektrum und basierend auf dem Audioquellsignal ein Ausbalancieren des Audioquellsignals gemäß dem Kompensationsspektrum umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Kompensationsspektrums ferner auf einem Zielspektrum basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Limitieren des Kompensationsspektrums.
Elektronisches Gerät, umfassend: eine Rauschspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audiorauschspektrum zu bestimmen, das externes Audiorauschen repräsentiert, eine Referenzspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audioreferenzspektrum zu bestimmen, das einen von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und eine Kompensationsspektrum-Bestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Audio-Kompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum zu bestimmen.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 13, wobei die Rauschspektrum-Bestimmungseinheit ein Mikrofon zum Erfassen von externem Audiorauschen umfasst.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 13, wobei die Referenzspektrum-Bestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, ein Spannungssignal an einem Audioausgangsverstärker des elektronischen Geräts zu messen.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Equalizer, der dazu ausgelegt ist, ein Audioquellsignal basierend auf dem Kompensationsspektrum auszubalancieren.
Computerprogramm, das Instruktionen umfasst, wobei die Instruktionen, wenn sie auf einem Prozessor eines elektronischen Geräts ausgeführt werden, bewirken, dass das elektronische Gerät: ein Audiorauschspektrum bestimmt, das externes Audiorauschen repräsentiert, ein Audioreferenzspektrum bestimmt, das von einem Hörer wahrzunehmenden Audioinhalt repräsentiert, und ein Kompensationsspektrum basierend auf dem Audiorauschspektrum und basierend auf dem Audioreferenzspektrum bestimmt.