DE9421650U1 - Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals - Google Patents
Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines AudiosignalsInfo
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Description
Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals
mit den in den Oberbegriffen des Scutzanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Bei der Wiedergabe von Audiosignalen in Motorfahrzeugen stellt der mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs
ebenfalls zunehmende Pegel von Störgeräuschen ein Problem dar.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit zunehmendem Pegel der Störgeräusche auch den Pegel der
wiederzugebenden Audiosignale anzuheben. Die Anhebung des Pegels der wiederzugebenden Audiosignale erfolgt dabei
nach Maßgabe einer Auswertung der Signale eines in der Fahrgastzelle angebrachten Mikrofons oder abgeleitet von
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Diese Art der.Verdeckung der Störgeräusche weist aber den
Nachteil auf, daß die Lautstärke des Audiosignals insgesamt mit zunehmendem Pegel des Störgeräuschs zunimmt.
Bei einem hohen Störgeräuschpegel wird das wiederzugebende Audiosignal unter Umständen so stark angehoben, daß laute
Abschnitte des Audiosignals den zum Betrieb der Lautsprecher verwendeten Verstärker übersteuern, nicht
mehr unverzerrt von den Lautsprecher wiedergegeben werden oder die Schmerzgrenze beim Hörer überschreiten. Insgesamt
wird durch die Anhebung des Pegels über den gesamten Dynamikbereich des wiederzugebenden Audiosignals auch
keine Verbesserung der Verständlichkeit von z.B. Durchsagen oder allgemein Sprache erreicht.
Aus dem Artikel "POWER & SOUND", erschienen in der Zeitschrift autohifi, Ausgabe Dezember/Januar 1/95, Seiten
38 bis 41, ist eine Sound-Prozessor-Anlage der Firma Nokia bekannt, bei der die Anhebung des Pegels des
wiederzugebenden Audiosignals nicht über den gesamten Dynamikbereich erfolgt. Der Sound-Prozessor-Anlage liegen
die nachfolgenden Gedanken zugrunde.
Die stärksten Störquellen weisen ein geschwindigkeitsabhängiges Verhalten auf, wie es in Figur
6 für einen Wiedergabebereich von 20 bis 20.000Hz dargestellt ist. Mit zunehmender Geschwindigkeit ändern
sich Störamplitude, Störfrequenzgang und.Hörfläche.
In Figur 6 ist dieser Zusammenhang für eine höhere Geschwindigkeit (ca. 130km/h, Kennlinie 1) und für eine
niedrigere Geschwindigkeit (ca. 50km/h, Kennlinie 2) dargestellt. Wiederzugebende Audiosignale, die in der mit
3 gekennzeichneten Fläche unterhalb" der*Kennlinien liegen
können nicht mehr wahrgenommen werden. Die mit 4 gekennzeichnete Fläche oberhalb der Kennlinien wird als
Hörfläche bezeichnet. Die Hörfläche wird nach oben durch die Schmerz- bzw. Übersteuerungsgrenze festgelegt. Durch
die stärkere Anhebung leiser Abschnitte des wiederzugebenden Audiosignals werden diese in den Bereich
der Hörfläche 4 verschoben. Lautere Abschnitte werden dagegen nur gering angehoben, wenn sie bereits in der
Hörfläche liegen.
Durch diese Maßnahme wird der Dynamikumfang des wiederzugebenden Audiosignals verringert, was aber bei
Audiosignalen mit großem Dynamikumfang, wie z.B. Audiosignalen.von CD7 nicht störend ist. Insgesamt werden
somit Signale mit Pegeln unterhalb des, Störpegels über den Störpegel angehoben, während Signale die bereits über dem
Störpegel liegen nur geringfügig verstärkt werden. Dadurch steigt die Verständlichkeit z.B. von Durchsagen insgesamt
an.·
Aus dem oben erwähnten'Zeitschriftenartikel geht jedoch
nicht hervor, nach welchem Verfahren die. Dynamikveränderung erfolgt und wie eine Anordnung zur ·
Dynamikveränderung aufgebaut ist. Insbesondere werden
keine Angaben darüber gemacht, wie die Veränderung des Dynamikumfangs und die Behandlung der unterschiedlich
lauten Signalabschnitte des wiederzugebenden Audiosignals erfolgen muß, daß die Veränderung des Dynamikumfangs für
Zuhörer unbemerkt bleibt. ' ■
Aufgabe der vorliegenden Erfindung 'ist*es"deshalb eine '
Anordnung zur oben beschriebenen Anpassung des Dynamikumfangs und der Einstellung der Verstärkungsfaktoren
für unterschiedlich laute Signalabschnitte.eines wiederzugebenden Audiosignals an vorliegende Störpegel
anzugeben, deren Arbeitsweise für Zuhörer insbesondere kaum wahrnembar sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. ·
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß Veränderungen des Dynamikumfangs und der
Verstärkungsfaktoren für unterschiedlich laute Signalabschnitte für Zuhörer nahezu unbemerkbar sind, da
die Veränderung des Dynamikumfangs und der Verstärkungsfaktoren für das wiederzugebende Audiosignal
ausschließlich in den Nulldurchgängen des Audiosignals erfolgt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, die
anhand von Figuren erfolgt.
Es zeigt
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung,
Figur 2 den Verlauf eines stereophonen Audiosignals,
Figuren 3 und 4 den Verlauf des Dynamikumfangs für verschiedene Störpegel in Abhängigkeit von der gewählten
Lautstärke,
Figur 5 den Verlauf der Restdynamik für erfindungsgemäß
verarbeitete Audiosignale, und
Figur 6 den frequenzabhängigen Zusammenhang von Störpegel
und hörbarem Audiosignal.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals an den Pegel eines
im Abhörraum auftretenden Störsignals dargestellt. Bei dem Audiosignal handelt es sich um ein stereophones Signal,
dessen beide Kanäle an den Klemmen INR und INL anliegen.
Für beide Kanäle ist je ein Anälog/Digitäl-Wandler 10 und
20, eine Verzögerungseinrichtung 11 und 21, ein Dynamikkompressor 12 und 22 und ein Digital/Analog-Wandler
13 und 23 vorgesehen. Die bearbeiteten Signale können an Klemmen OUTR und OUTL abgegriffen werden; Zusätzlich ist
eine Einrichtung 1 zur Steuerung der Dyn-amikkompressoren 12 und 22 vorgesehen, welche Maxima und Nulldurchgänge der
Signale in beiden Kanälen bestimmt und mit einer Steuereinrichtung 2 verbunden ist, welche Eingänge für den
Pegel des Störsignals S und einen Lautstärkesteller V aufweist.
&igr;,4
d 2 k
Die Einrichtungen 1 und 2 können beispielsweise von einem
Mikrocomputer gebildet werden. Die
Verzögerungseinrichtungen 11 und 21 können mittels geeigneter Speicher, z.B. FIFO-Speicher, realisiert werden. Die Dynamikkompressoren können mittels Multiplizierer gebildet werden. In einer anderen Realisierung können die Funktion der Einrichtungen 1, 2, 11, 21, 12 und 22 ganz oder teilweise von einem Mikrocomputer oder digitalen Signalprozessor übernommen werden. Falls das wiederzugebende Audiosignal INR,L bereits in digitaler Form vorliegt, kann natürlich auf die Analog/Digital-Wandler 10 und 20 verzichtet werden.
Verzögerungseinrichtungen 11 und 21 können mittels geeigneter Speicher, z.B. FIFO-Speicher, realisiert werden. Die Dynamikkompressoren können mittels Multiplizierer gebildet werden. In einer anderen Realisierung können die Funktion der Einrichtungen 1, 2, 11, 21, 12 und 22 ganz oder teilweise von einem Mikrocomputer oder digitalen Signalprozessor übernommen werden. Falls das wiederzugebende Audiosignal INR,L bereits in digitaler Form vorliegt, kann natürlich auf die Analog/Digital-Wandler 10 und 20 verzichtet werden.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird auf die Darstellung weiterer Bestandteile wie Audiosignalquelle,
an den Ausgängen OUTR/L anzuschließende
Leistungsverstärker und Lautsprecher verzichtet, weil sie im Zusammenhang mit dem Verständnis der vorliegenden
Erfindung ohne Bedeutung sind.
Die an den Eingängen INR,L anliegenden Audiosignale werden
von den Analog/Digital-Wandlern 10 und 20 digitalisiert. Die digitalen Signale werden den Verzögerungseinrichtungen
11 und 21 zugeführt und der Dynamikumfang der verzögerten Signale wird von den Dynamikompressoren 12 und 22 an den
Pegel des im Abhörraum auftretenden Störsignals angepaßt. Dazu wird von der Steuereinrichtung 2 die eingestellte
Lautstärke V und der Störpegel S ausgewertet. Zur weiteren Verarbeitung stehen die von den Digital/Analog-Wandlern 13
und 23 gewandelten Signale an den Ausgängen OUTRfL zur
Verfügung.
In Figur 3 sind mögliche Verläufe des vbn**
Steuereinrichtung 2 festgelegten Dynamikumfangs dargestellt· Der Dynamikverlauf wird abhängig von
eingestellter Lautstärke V und Störpegel S eingestellt. Ausgehend von einem minimalen Dynamikumfang, der zur
Vermeidung einer Hörbarkeit der vorgenommenen Veränderung' der Signaldynamik einen Wert,von ca. 20 dB nicht
unterschreiten sollte, wird mit zunehmender Lautstärke ein größerer Dynamikumfang eingestellt, bis der maximal
mögliche Dynamikumfang erreicht ist. Der maximal mögliche Dynamikumfang ergibt sich dabei im wesentlichen durch den
Dynamikumfang der wiederzugebenden Audiosignale, bei CD-Wiedergabe ca. 96 dB. Weiterhin ergibt sich der
festgelegte Dynamikumfang durch die Auswertung des Störpegels S und kann bei stehendem Fahrzeug (geringer
Störpegel) den Verlauf der mit 1 gekennzeichneten Kurve aufweisen, also den maximalen Dynamikumfang erreichen. Bei
ansteigendem Störpegel erfolgt eine Reduzierung des maximalen Dynamikumfangs, z.B. bis 30 dB (Kurve 2).
Bei einer derartig starken Kompression des Dynamikumfangs werden leise Signalanteile sehr stark angehoben. Dies ist
bei Signalquellen die ein gewisses Grundrauschen aufweisen nachteilig, da bei diesen durch die stärke Anhebung der
leisen Signalanteile auch das Grundrauschen sehr stark angehoben wird und damit störend wirkt. Dies kann
vermieden werden, wenn bei starker Kompression des Dynamikumfangs die Anhebung für sehr leise Signalanteile
gegenüber den mittleren Signalanteilen verringert wird, wie■es in Figur 5 dargestellt ist.
In Figur 5 sind beispielhaft die Verläufe"tier
Dynamikkompression für eine Restdynamik von 2OdB (Kurven 1), 4OdB (Kurven 2), 6OdB (Kurven 3) und 8OdB (Kurven 4)
dargestellt. Kurve 5 stellt den Verlauf ohne Kompression dar. Die durchgezogenen Linien stellen den'für die jeweils
vorgegebene Restdynamik nötigen Verlauf dar, während die gestrichelten Linien die oben beschriebene Maßnahme zur
Verminderung des störenden Grundrauschens leisen Signalateilen darstellen.
Zur Vermeidung hörbarer Effekte durch die Änderung des Dynamikumfangs erfolgen Änderungen auf einen ermittelten,
zulässigen Dynamikumfang kontinuierlich oder feinstufig.
Um trotz großer Lautstärkeeinstellung V die Clippinggrenze des Verstärkers oder sonstiger Elemente des
Übertragungswegs nicht zur überschreiten,, aber trotzdem .einen Lautstärkenzuwachs zur erreichen, kann man den
Dynamikumfang, wie in Figur 4 dargestellt, mit zunehmender Reglerstellung eingrenzen und damit den mittleren
Signalpegel anheben. Diese"Vorgehensweise kann man ebenso
zur Vermeidung gehörschädigender Spitzenpegel einsetzen. Kurve 1 gibt, wie in Figur 3, den Dynamikverlauf bei
geringem Störpegel wieder, Kurve 2 den Verlauf bei hohem Störpegel.
Anhand von Figur 2 wird nachfolgend die Einstellung der Verstärkungsfaktoren der Dynamikkompressoren durch die
Steuereinrichtung 2 näher beschrieben, die sich durch die Laut/Leise-Schwankungen des wiederzugebenden Audiosignals
• &bgr; · *
ergeben. D.h. es wird vb'n" gteicKble'ikertGeifL* Störpegel und
gleichbleibender Lautstärkeeinstellung_ausgegangen, für
die - wie oben beschrieben - der mögliche Dynamikumfang bestimmt ist. Figur 2 stellt beispielhaft Eingangssignale
INR,L des wiederzugebenden stereophonen Audiosignals dar.
Die stereophonen Audiosignale werden jeweils während eines vorgegebenen Zeitraums T von der Einrichtung 1
ausgewertet. Der Zeitraum T wird durch die tiefste wiederzugebende Frequenz festgelegt und entspricht
mindestens dem Kehrwert dieser Frequenz, also 50ms bei 20Hz. Eine Auswertung größerer Zeiträume ist vorteilhaft,
da sich damit sprunghafte Spitzenpegel des wiederzugebenden Audiosignals besser vorausschauend
verarbeiten lassen.
Während des Zeitraums T werden die in beiden Signalen auftretenden Nulldurchgänge N3,4R und N3,4L und Maxima MR
und ML ermittelt und an die Steuereinrichtung 2·
weitergeleitet. Die Steuereinrichtung 2 wählt das größere der beiden von Einrichtung 1 erhaltenen Maxima für die ·
weitere Steuerung aus (hier: MR) , damit die Verstärkung
für beide Kanäle gleich ist. Nach Maßgabe des momentan vorhandenen Störpegels S wird ein Mindestpegel· festgelegt,
welchen der kleinste Signalpegel des wiederzugebenden Audiosignals überschreiten sollte damit die Hörbarkeit
gewährleistet ist.'Daraus ergeben sich die für die Wiedergabe während des Zeitraums T, bei wie oben
beschrieben festgelegter Dynamik, die Verstärkungsfaktoren
für die unterschiedliche Annebung leiser Cftid lauter
Signalanteile. Der Verstärkungsfaktor für den lautesten Signalanteil MR wird so festgelegt, daß eine Übersteuerung
vermieden wird.
Die Anpassung der Verstärkungsfaktoren erfolgt, zur Vermeidung der Hörbarkeit der vorgenommenen
Dynamikveränderung des wiederzugebenden Audiosignals, ausschließlich in den von Einrichtung 1 festgestellten
Nulldurchgängen. Verkleinerungen der Verstärkungsfaktoren für laute Signalanteile werden dabei sofort vorgenommen,
dh. in dem zeitlich vor dem Maximum liegenden Nulldurchgang, andere ,Änderungen erfolgen aber mit einer
endlichen Anstiegsgeschwindigkeit, die im Bereich von 1 bis 10 dB/s liegen sollte. Dies, zusammen mit der
ausschließlichen Veränderung der Verstärkungsfaktoren in den Nulldurchgängen, gewährleistet nahezu unhörbares
Arbeiten der Anordnung, da, nur größere sprunghafte Änderungen der Verstärkungsfaktoren als Verzerrung
wahrgenommen werden.
Für das in Figur 2 dargestellte Beispiel bedeutet dies, daß neue Verstärkungsfaktoren in zeitlich innerhalb des
BeobachtungsZeitraums T vor dem Maximum MR liegenden
Nulldurchgängen eingestellt werden müssen. Für den linken Audiokanal ist dies im Nulldurchgängen N4L möglich. Für
den rechten Audiokanal ist eine rechtzeitige Umschaltung vom -dem Maximum jedoch nicht möglich. Aus diesem Grund
wird der BeobachtungsZeitraum um die, wie oben angegeben
bestimmte, Mindestbeobachtungszeit. T (bei 20Hz: 50ms) verlängert (in Figur 2 als T! dargestellt). Dadurch ist
sichergestellt, daß ein Nulldurchga'ng zeitlich auch vor
dem Maximum MR liegt. Die nötige Einstellung des Verstärkungsfaktors kann nunmehr im Nulldurchgang N2R
stattfinden. · '■
Wird eine starke Vergrößerung von Verstärkungsfaktoren nötig, können diese bereits in davorliegenden
Nulldurchgängen geändert werden, um die nötige Veränderung trotz der begrenzten Anstiegsgeschwindigkeit erreichen zu
können.
Die oben beschriebene Vorgehensweise bei der Änderung der Verstärkungsfaktoren gilt auch für Änderungen der
Verstärkungsfaktoren die im Zusammenhang mit geänderter Lautstärkeeinstellung oder geändertem Störpegel nötig
Claims (4)
1. Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals mit mindest en's einem
Kanal an den Pegel eines im Abhörraum auftreteden Störsignals, mit
mindestens einem Dynamikkompressor (12;22), der den Dynamikumfang des wiederzugebenden Audiosignals mit
zunehmendem Pegel des Störsignals dadurch verringert, daß er Signalanteile des wiederzugebenden Au,diosignals mit
einem Pegel, der geringer als der Pegel des Störsignals ist, höher verstärkt als Signalanteile deren Pegel über
dem Pegel des Störsignals liegt, um die Hörbarkeit des gesamten wiederzugebenden Audiosignals zur erreichen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (1) das Maximum des Pegels für den
oder die Kanäle des wiederzugebenden Audiosignals für einen vorgegebenen Zeitraum (T) <sowie die in einem zweiten
Zeitraum (T,TT) liegenden Nulldurchgänge ermittelt,
daß für jeden Kanal des wiederzugebenden Audiosignals Verzögerungseinrichtungen (11;21) vorhanden sind, die das
wiederzugebende Audiosignal für den vorgegebenen Zeitraum (T,T') verzögern,
daß der oder die Dynamikkompressoren (12;22) von einer
Steuereinrichtung (2), welche mit der Einrichtung (1) verbunden ist und Eingänge für den Pegel des Störsignals
(S) und einen Lautstarkesteller (V) aufweist, gesteuert
werden, wobei der Dynamikumfang des wiederzugebenden Audiosignals in Abhängigkeit von der Höhe des Pegels des
Störsignals und des mit dem Lautstärkesteller vorgewählten Lautstärkepegels angepaßt wird, und
*V:: &Ggr;:5
daß von der Steuereinrichtung [T) e!rmit?te#J?t*e Anpassungen
durch den oder die Dynamikkompressoren (12/22) ausschließlich in den von der Einrichtung (1) ermittelten
Nulldurchgängen des durch die Verzögerungseinrichtung oder die Verzögerungseinrichtungen (11;21) verzögerten
Audiosignals erfolgen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ic h &eegr; e t,
daß der Abhörraum von einer Fahrgastzelle eines Motorfahrzeugs gebildet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pegel des Störsignals mittels eines Mikrofons festgestellt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pegel des Störsignals von Geschwindigkeit oder Drehzahl des Motorfahrzeugs abgeleitet wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9421650U DE9421650U1 (de) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9421650U DE9421650U1 (de) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals |
| DE4445097 | 1994-12-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9421650U1 true DE9421650U1 (de) | 1996-05-30 |
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ID=25942973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9421650U Expired - Lifetime DE9421650U1 (de) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Anordnung zur adaptiven Anpassung des Dynamikumfangs eines Audiosignals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9421650U1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2002091570A1 (en) * | 2001-05-07 | 2002-11-14 | Intel Corporation | Audio signal processing for speech communication |
| US7089181B2 (en) | 2001-05-30 | 2006-08-08 | Intel Corporation | Enhancing the intelligibility of received speech in a noisy environment |
| DE102015200152A1 (de) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | Sennheiser Electronic Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Verarbeitung eines Audiosignals, insbesondere zur Tiefstwertbegrenzung eines Audiosignals |
-
1994
- 1994-12-16 DE DE9421650U patent/DE9421650U1/de not_active Expired - Lifetime
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