DE19640132A1 - Verfahren zur automatischen Begrenzung von Verzerrungen an Audio-Geräten und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur automatischen Begrenzung von Verzerrungen an Audio-Geräten und Schaltungsanordnung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Begrenzung von Verzerrungen an
Audio-Geräten und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Wegen der starken Nichtlinearität der Übertragungskennlinie von Verstärkern treten
Verzerrungen auf, wenn die Amplitude eines Eingangssignales nicht verschwindend klein ist.
Ein Maß für die Verzerrungen ist der Klirrfaktor. Der Klirrfaktor gibt das Effektivwert-Ver
hältnis der Oberschwingungen zur Grundschwingung am Ausgang an.
Insbesondere in Autoradios wird häufig die Lautstärke derart hoch eingestellt, daß die
Endstufen übersteuert werden und somit ein hoher Klirrfaktor entsteht. Diese kann
beispielsweise auch auftreten, wenn von einem Sender mit relativ niedrigen Frequenzhub
auf einen Sender mit hohem Frequenzhub umgeschaltet wird, nachdem zuvor die Lautstärke
noch auf einen bezüglich des Klirrfaktors annehmbaren Wert eingestellt war. Zur
Vermeidung eines zu großen Klirrfaktors wird daher ein fester Schwellenwert zwischen
0,2-20% Klirrfaktor eingestellt, bei dessen Überschreitung die Verstärkung des Audio-Gerätes
reduziert wird, bis der Grenzwert des Klirrfaktors wieder unterschritten wird.
Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der DE 43 40 167 bekannt, bei der an der Endstufe des
Audio-Gerätes ein Signal abnehmbar ist, das einen vorgegebenen Aussteuerungsgrad
kennzeichnet, das über ein Integrationsglied geleitete Signal eine den Klirrfaktor
beschreibende Spannung bildet und über eine vorgegebene Kennlinie eine Stellgröße bildet,
die einem Stellglied für die Verstärkung der Audiosignale zugeleitet wird. Nachteilig an der
bekannten Vorrichtung ist, daß bei auftretenden Baßimpulsen der Klirrfaktor überschritten
wird und das Audiosignal über seinen gesamten Frequenzbereich in der Ausgangsleistung
reduziert wird. Dadurch kommt es zum sogenannten "breathing", d. h. die hörbare
Gesamtlautstärke des Audiosignals variiert im Rhythmus der auftretenden Baßimpulse.
Aus der US 5,255,324 ist eine Vorrichtung zur Anpassung der Verzerrung an Audio-Geräten
bekannt, bei der zur Vermeidung von "breathing" der Baßbereich selektiv beobacht- und
steuerbar ausgebildet ist. Das Prinzip läßt sich anhand der Fig. 2 der Druckschrift näher
erläutern. Es wird ein fester, frequenzunabhängiger Grenzwert für den Klirrfaktor definiert.
Überschreitet das Ausgangssignal des Audio-Gerätes bei irgendeiner Signalfrequenz den
Grenzwert des Klirrfaktors, so wird zunächst überprüft, ob der Grenzwert des Klirrfaktors im
Baßbereich überschritten wurde. Trifft dies zu, so wird nur die Baßverstärkung reduziert und
erneut überprüft, ob das Ausgangssignal über dem Grenzwert liegt. Trifft dies zu, so wird
geprüft, ob der Grenzwert des Baßbereiches immer noch überschritten wird. Erst wenn der
Grenzwert des Baßbereiches nicht mehr überschritten wird und trotzdem das
Ausgangssignal den Grenzwert den Klirrfaktors noch überschreitet, wird die Verstärkung des
gesamten Frequenzbereiches reduziert. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist die
aufwendige und langsame Regelung.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein einfacheres Verfahren zur
automatischen Anpassung von Verzerrungen an Audio-Geräten und eine
Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 2 und 7.
Durch die frequenzabhängige Ermittlung des Klirrfaktors des Ausgangssignals und der
frequenzabhängigen Einstellung des Schwellenwertes des Klirrfaktors kann ohne
aufwendige Regelung eine Anpassung von Verzerrungen am Audio-Gerät vorgenommen
werden. Durch die frequenzabhängige Einstellung des Schwellenwertes des Klirrfaktors ist
es darüber hinaus möglich, sehr einfach das Verfahren an individuelle Hörbedürfnisse des
Benutzers, die zu hörende Musik und/oder die Umgebung des Audio-Gerätes anzupassen.
Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 2 wird zusätzlich dafür Sorge getragen, daß das
Audio-Gerät immer mit maximal zulässiger Verstärkung betrieben wird. Dazu wird die
Verstärkung beim Unterschreiten des Schwellenwertes des Klirrfaktors wieder automatisch
erhöht, bis erneut der Schwellenwert des Klirrfaktors überschritten wird. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die jeweils
konstante Definition des Schwellenwertes des Klirrfaktors in einzelnen Frequenzabschnitten
kann das Verfahren mit kostengünstigen Digitalbauteilen bei der Überprüfung des
Schwellenwertes des Klirrfaktors durchgeführt werden. Da das menschliche Gehör
Impulsverzerrungen im Baßbereich (<400 Hz) nicht so deutlich wahrnehmen kann, ist es für
die Gesamtakustik vorteilhaft, den Schwellenwert des Klirrfaktors im Baßbereich größer als
im oberen Frequenzbereich (<400 Hz) zu wählen. In einer weiteren Ausführungsform wird
der Schwellenwert des Klirrfaktors im Baßbereich für sehr tiefe Frequenzen mit einem
großen Schwellenwert konstant und zu höheren Frequenzen hin linear oder parabolisch
abnehmend definiert. Außerhalb des Baßbereiches wird dann der Schwellenwert des
Klirrfaktors wieder konstant auf niedrigem Niveau definiert. Dadurch wird eine nahezu
optimale Anpassung an das akustische Wahrnehmungsvermögen von Verzerrungen eines
Menschen erreicht. Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung für Audio-Geräte in
Kraftfahrzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung zur Durchführung des
Verfahrens und
Fig. 2 eine Funktion des Schwellenwertes des Klirrfaktors über der Frequenz.
Die Schaltungsanordnung 1 umfaßt ein Audio-Gerät 2, einen frequenzselektiven
Verzerrungsdetektor 3 und einen Komparator 4. Das Audio-Gerät 2 umfaßt einen
Signaleingang 5, einen verstellbare Eingangsverstärkungsregelung 6 und einen
Signalausgang 7. Der Signalausgang 7 ist mit einem Eingang des frequenzselektiven
Verzerrungsdetektor 3 verbunden, dessen Ausgänge mit den Eingängen des Komparators 4
verbunden sind. Ein Ausgang 8 des Komparators 4 ist mit der Eingangsver
stärkungsregelung 6 verbunden.
Das Audio-Gerät 2 erhält über seinen Signaleingang 5 ein Audio-Signal. Dieses
Audio-Signal kann z. B. ein frequenzmoduliertes Radiosignal von einer Antenne sein. Da aber der
Vorgang der Demodulation für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, wird der
Einfachheit halber angenommen, es handele sich bereits um das niederfrequente
Audio-Signal. Das Audio-Signal wird entsprechend der eingestellten Verstärkung der
Eingangsverstärkungsregelung verstärkt und über den Signalausgang 7 an nicht
dargestellte Lautsprecher oder Booster abgegeben. Aus dem am Signalausgang 7
anliegenden Ausgangssignal ermittelt der Verzerrungsdetektor 3 frequenzselektiv die
einzelnen Klirrfaktoren für jede Frequenz des Ausgangssignals. Die ermittelten Werte für die
jeweiligen Klirrfaktoren werden an die Eingänge eines Komparators 4 weitergegeben, wo
diese mit für jede einzelne Frequenz vorgegebene Schwellenwerte des Klirrfaktors
verglichen werden. Eine solche frequenzabhängige Vorgabe des Schwellenwertes für den
Klirrfaktor ist z. B. in Fig. 2 dargestellt, dabei ist mit B der Baßbereich gekennzeichnet.
Ergibt der Vergleich der aktuellen Werte der Klirrfaktoren des Ausgangssignals mit den
Schwellenwerten des Klirrfaktors keine Überschreitung des Schwellenwertes bei einer
Frequenz, so wird die eingestellte Verstärkung beibehalten bzw. bei Bedarf herauf geregelt.
Wird der Schwellenwert des Klirrfaktors für irgendeine Frequenz überschritten, so erzeugt
der Komparator 4 eine Stellgröße, die die Verstärkung solange herunterregelt, bis der
Schwellenwert des Klirrfaktors nicht mehr überschritten wird. Die Verknüpfung der einzelnen
Ausgangssignale im Komparator 4, ob der Schwellenwert für eine einzelne Frequenz
überschritten wurde, erfolgt z. B. über eine bekannte Oder-Verknüpfung. Vorzugsweise sind
der frequenzselektive Verzerrungsdetektor 3 und der Komparator 4 in das Audio-Gerät 2
integriert.
Bezugszeichenliste
1 Schaltungsanordnung
2 Audio-Gerät
3 Verzerrungsdetektor
4 Komparator
5 Signaleingang
6 Eingangsverstärkungsregelung
7 Signalausgang
8 Ausgang
B Baßbereich
2 Audio-Gerät
3 Verzerrungsdetektor
4 Komparator
5 Signaleingang
6 Eingangsverstärkungsregelung
7 Signalausgang
8 Ausgang
B Baßbereich
Claims (8)
1. Verfahren zur automatischen Begrenzung von Verzerrungen an Audio-Geräten
mittels eines Verzerrungsdetektors zur Ermittlung eines Klirrfaktors, dessen Ausgang
an einen Verstärkungsregelungseingang des Audio-Gerätes zurückgekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verzerrungsdetektor (3) den Klirrfaktor des Ausgangssignales des Audio-Gerätes
(2) frequenzabhängig ermittelt und bei Überschreitung eines frequenzabhängigen,
einstellbaren Schwellenwertes des Klirrfaktors ein Steuersignal erzeugt daß die
Verstärkung des Audio-Gerätes (2) herunterregelt.
2. Verfahren zur automatischen Begrenzung von Verzerrungen an Audio-Geräten
mittels eines Verzerrungsdetektors zur Ermittlung eines Klirrfaktors, dessen
Ausgang an einen Verstärkungsregelungseingang des Audio-Gerätes zurück
gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verzerrungsdetektor (3) die Verzerrung des Ausgangssignals des Audio-Gerätes
(2) frequenzabhängig ermittelt und die Verstärkung des Audio-Gerätes (2) bis zum
Erreichen des frequenzabhängigen Schwellenwertes des Klirrfaktors nach regelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert
des Klirrfaktors in Frequenzabschnitten jeweils konstant definiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwellenwert des Klirrfaktors im unteren Frequenzbereich, insbesondere im
Baßbereich, größer als im oberen Frequenzbereich gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert
des Klirrfaktors im unteren Frequenzbereich konstant definiert wird, in einem
anschließenden mittleren Frequenzbereich annähernd linear oder parabolisch zur
höheren Frequenzen hin abnimmt und im anschließenden oberen Frequenzbereich
wieder konstant definiert ist, wobei der Schwellenwert des Klirrfaktors im unteren
Frequenzbereich größer als im oberen Frequenzbereich gewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere und der
mittlere Frequenzbereich den Baßbereich bilden.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Audio-Gerät und einen Verzer
rungsdetektor am Ausgang des Audio-Gerätes, der auf einen Verstärkungs
regelungseingang des Audio-Gerätes zurückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verzerrungsdetektor (3) frequenzselektiv ist und im Rückkopplungszweig
einzelnen Frequenzbereichen zugeordnete Komparatoren (4) angeordnet sind, die
voneinander unabhängige Schwellenwerte für den Klirrfaktor aufweisen.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltungsanordnung für ein Audio-Gerät in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
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