WO2000004636A1 - Vorrichtung und verfahren zur beeinflussung eines audiosignals in abhängigkeit von umgebungsgeräuschen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur beeinflussung eines audiosignals in abhängigkeit von umgebungsgeräuschen Download PDF

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WO2000004636A1
WO2000004636A1 PCT/DE1999/002210 DE9902210W WO0004636A1 WO 2000004636 A1 WO2000004636 A1 WO 2000004636A1 DE 9902210 W DE9902210 W DE 9902210W WO 0004636 A1 WO0004636 A1 WO 0004636A1
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audio signal
signal
ambient noise
loudspeaker
mixer
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PCT/DE1999/002210
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Inventor
Christoph Montag
Hermann HOLTMANNSPÖTTER
Jörg MUSIELAK
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/32—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices the control being dependent upon ambient noise level or sound level

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing an audio signal as a function of ambient noise in a reproduction room, in which the audio signal is emitted via at least one loudspeaker, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a device for influencing an audio signal from an audio signal source as a function of ambient noise in a playback room, at least one loudspeaker for outputting the audio signal in the playback room and a recording device for sampling the audio signal together with the ambient noise in the playback room being provided, the recording device converting the sampled signal into an electrical signal, according to the preamble of claim 12.
  • EP-A-0 319 777 discloses a method for noise-dependent volume control using an adaptive filter for isolating a signal representing noise in the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the output signal of the adaptive filter, to which the audio signal to be reproduced is fed, is compared with the output signal of a microphone, which is equally exposed to the interference as well as the reproduced audio signal.
  • the amplification of the audio signal to be reproduced is influenced in a frequency-selective manner in such a way that drowning out of individual frequency ranges of the reproduced audio signal by the noise is avoided.
  • the method according to the invention and the arrangement according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that an optimal sound image of quiet passages of the audio signal, for example in the case of classical music, is achieved by amplifying the audio signal with additional dynamic compression.
  • the dynamic compression enables reproduction of essentially all, that is to say particularly quiet, components of the audio signal at a volume which prevents such passages from being hidden by the background noise.
  • the dynamic compression also enables the average audio signal level to be raised, at the same time particularly loud passages of the audio signal remaining below a predetermined limit, for example due to the modulation limit of the amplifier.
  • the emitted audio signal is expediently sampled together with the ambient noise in the playback room and converted into an electrical signal.
  • the electrical signal is converted analog / digital and the audio signal in front of the loudspeaker digital / analog.
  • the electrical signal is mixed with an audio signal which has been filtered in an adaptive filter, the adaptive filter simulating a transmission path in the transmission space from the loudspeaker for sampling.
  • acoustic raising of the frequency component of the audio signal covered by the ambient noise is dependent influenced by the mixed signal before the adaptive filtering and before the loudspeaker output in such a way that frequency components and / or frequency bands of the audio signal which are contained in the mixed signal representing the ambient noise are selectively amplified.
  • one to ten, in particular five or seven, frequencies and / or frequency bands are predetermined for the selective amplification.
  • the audio signal before the adaptive filtering and before the loudspeaker output is amplified in a particularly advantageous manner as a function of the mixed signal in such a way that with increasing level of the mixed signal a higher gain and with decreasing level of the mixed signal, a lower amplification of the audio signal is carried out.
  • the amplification of the audio signal is additionally carried out with dynamic compression.
  • the audio signal is amplified in a particularly advantageous manner after the selective influencing of frequencies and / or frequency bands of the audio signal.
  • the reproduction room is expediently a passenger compartment of a motor vehicle and includes the ambient noise of driving noises.
  • a mixer with an inverting input and a non-inverting input is provided after the recording device, the audio signal supplied to the loudspeaker being present at the inverting input of the mixer and the electrical signal at the non-inverting input of the mixer and an evaluation unit is connected downstream of the mixer, which receives a mixed signal from the mixer and controls an equalizer connected between the audio signal source and the loudspeaker in dependence on the mixed signal in such a way that the equalizer selectively amplifies and / or attenuates frequency components and / or frequency bands of the audio signal which are contained in the mixed signal representing the ambient noise.
  • the equalizer amplifies and / or attenuates one to ten, in particular five or seven, frequencies and / or frequency bands of the audio signal.
  • an amplifier is connected in a particularly advantageous manner between the equalizer and loudspeaker, which, driven by the evaluation unit, amplifies the audio signal output from the equalizer overall in such a way that with increasing level the mixed signal has a higher amplification and with a decreasing level of the mixed signal there is less amplification of the audio signal.
  • an adaptive filter is provided in front of the inverting input of the mixer, which adaptively filters the audio signal to simulate a transmission path between the loudspeaker and the recording device.
  • a digital / analog converter is provided in a particularly preferred manner in front of the loudspeaker and / or an analog / digital converter after the recording device, the audio signal source preferably being a digital audio signal source .
  • the recording device is a microphone, in particular an electric microphone or a condenser microphone.
  • the reproduction room is expediently a passenger compartment of a motor vehicle and includes the ambient noise of driving noises.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of a device according to the invention and FIG. 2 shows a block diagram of dynamic compression.
  • the preferred embodiment of a device 100 according to the invention shown in FIG. 1 is designed in particular to carry out the method according to the invention and comprises a digital audio signal source 10 which receives a digital audio signal via an equalizer 12, a dynamic compressor 14, a digital / analog converter 16 and one Outputs amplifier 18 to a speaker 20.
  • This loudspeaker 20 emits the audio signal 22 into a reproduction room 24, for example a passenger compartment of a motor vehicle.
  • the illustration 26 schematically illustrates the undisturbed audio signal 22 emitted by the loudspeaker 20.
  • ambient noise 28 such as driving noises of the motor vehicle, results in a superimposition of the audio signal 22, the ambient noise 28 having only a few frequencies or only a few frequency bands in common with the audio signal. These common frequencies or frequency bands correspondingly partially cover the audio signal 22, while others Frequencies or frequency bands of the audio signal 22 reach the ear of a listener located in the reproduction room 24 undisturbed.
  • a microphone 32 picks up the acoustic signal resulting in the reproduction room, which is composed of the audio signal 22 and the ambient noise 28, and converts this acoustic signal into an electrical signal.
  • the illustration 34 illustrates the acoustic signal 36 recorded by the microphone 32, which is composed of the audio signal 22 with the superimposed noise 28.
  • the signal thus obtained is fed to a non-inverting input 40 of a mixer 42.
  • the mixer 42 Via an inverting input 44, the mixer 42 also receives the audio signal 22, which is derived from the dynamic compressor 14 and has passed through an adaptive filter 46.
  • the adaptive filter 46 simulates the transmission path 30 in such a way that the mixer 42 emits the mixed signal 50 illustrated in illustration 48.
  • This mixed signal 50 is the ambient noise 28 extracted from the electrical signal 36.
  • the mixed signal 50 is fed to an evaluation unit 52 which carries out a frequency and level evaluation of the mixed signal 50.
  • corresponding frequencies or frequency bands in the 5-band graphic equalizer 12 are selectively amplified or attenuated by the evaluation unit 52, so that these frequencies or frequency bands are louder in their volume than the ambient noise 28 place, whereas frequency components or frequency band components of the audio signal 22 which are not impaired by the ambient noise 28 remain relatively unchanged.
  • a 7-band graphic equalizer is provided. In other words, those frequency components or frequency band components of the audio signal 22 are not influenced by the 5-band graphic equalizer 12 which are not present or are present in the mixed signal 50 and thus in the ambient noise 28 with no significant level.
  • the evaluation unit 52 uses the level evaluation of the mixed signal 50 to determine a required degree of dynamic compression and controls the dynamic compressor 14 accordingly.
  • a 5-band graphic equalizer 12 is provided as an example in the preferred embodiment of a device 100 according to the invention, this is not to be understood as limiting. According to the invention, any other number N of frequencies or frequency bands influenced in the equalizer 12 is also possible.
  • the block 14 of the dynamic compressor first determines the level of the audio signal 22, with rise and fall times ensuring that the speed of the level change is limited. Depending on the determined degree of compression and the level of the audio signal 22, the digital amplification of the signal, the so-called multiplication factor, is varied. The lower the signal level and the higher the degree of compression, the greater the gain.
  • the dependence of the masking of the ambient noise on the one hand and the dependence on the audio signal on the other hand is carried out by two independent system blocks.
  • the band boost of the equalizer which is only changed comparatively slowly, only takes place depending on the ambient noise or driving noise 28, which also includes the frequency dependence of the masking.
  • Frequency-independent, additional amplification of quiet audio passages takes place through dynamic compression, whereby the digital amplification is varied very quickly.
  • FIG. 2 A block diagram of the dynamic compressor 14 is shown in FIG. 2. This comprises means 62 and 64 for forming the power of the left and right signals
  • the output signals of the square formers 62 and 64 that is to say the signals which indicate the respective instantaneous level of the left and right channels of the audio signal to be reproduced, are fed to low-pass filters 66 and 68, at the output of which a respective the average level of the audio signal to be reproduced for each of the two audio channels indicating signal is removable.
  • the low-pass filters are preferably designed in the form of recursive digital filters, with a current value of the signal level according to the formula
  • Pe.neu ° ' Pe.at, + C 1 ⁇ 4) ' Pe mit p e : current level of the audio signal, the square generator 62, 64 can be removed at the output, P e . neu / att '- re-calculating or last calculated mean value of the audio signal level q: Memory factor between the extreme values 0 and 1 is obtained.
  • the averaged signal levels of the left and right channels of the audio signal to be reproduced are fed to a maximum generator 70, at the output of which the larger of the two middle signal levels can be removed.
  • the signal representing the larger signal level of the two audio channels is fed to a stage 72 for determining a gain factor G for evaluating the individual samples of the audio signal to be reproduced. Furthermore, the stage 72 is supplied with a signal 74 which indicates the degree of compression required of the audio signal to be reproduced.
  • the amplification factor for each sample value of the audio signal to be reproduced is determined in the compression stage 72 as a function of the current audio signal level, that is to say the larger of the two signals p e left and p e right , and the required degree of compression k.
  • G (k 0 - p e ) (k - ]) ' 2 , where k 0 : system-related constant and k: the quantity representing the required compression, preferably 0.4 ⁇ k ⁇ 1.0, which is dependent on the parameters preset playback volume and noise performance.
  • the audio signal taken from the output of the equalizer for the left and right audio channels is multiplied in a multiplier 76 and 78 by the amplification or multiplication factor G mentioned.
  • the degree k of the compression changes slowly with the ambient noise or driving noise 28.
  • the advantage of the independence of the driving noise-controlled and audio signal-controlled masking components is, in particular, the avoidance of disturbing overshoots during dynamic jumps, for example from quiet to loud passages in the audio signal.
  • the equalizer for driving noise masking is designed as an externally adjustable equalizer for influencing the sound, which can also be automatically measured, for example, by means of integrated routines for generating noise signals.

Landscapes

  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zum Beeinflussen eines Audiosignals (22) aus einer Audiosignalquelle (10) in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen (28) in einem Wiedergaberaum (24), wobei wenigstens ein Lautsprecher (20) zur Ausgabe des Audiosignals (22) in dem Wiedergaberaum (24) sowie eine Aufnahmevorrichtung (32) zum Abtasten des Audiosignals (22) zusammen mit dem Umgebungsgeräusch (28) in dem Wiedergaberaum (24) vorgesehen ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (32) das abgetastete Signal (36) in ein elektrisches Signal umwandelt. Hierbei ist nach der Aufnahmevorrichtung (32) ein Mischer (42) mit einem invertierenden Eingang (44) und einem nicht invertierenden Eingang (40) vorgesehen, wobei das dem Lautsprecher (20) zugeführte Audiosignal (22) am invertierenden Eingang (44) des Mischers (42)und das elektrische Signal (36) am nicht invertierenden Eingang (40) des Mischers (42) anliegt und dem Mischer (42) eine Auswerteeinheit (52) nachgeschaltet ist, welche ein Mischsignal (50) des Mischers (42) aufnimmt und einen zwischen der Audiosignalquelle (10) und dem Lautsprecher (20) geschalteten Equalizer (12) in Abhängigkeit vom Mischsignal (50) derart ansteuert, daß der Equalizer (12) Frequenzanteile und/oder Frequenzbänder des Audiosignals (22), welche in dem das Umgebungsgeräusch (28) repräsentierenden Mischsignal (50) enthalten sind, selektiv verstärkt und/oder bedämpft.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung eines Audiosignals in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung eines Audiosignals in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen in einem Wiedergaberaum, in dem das Audiosignal über wenigstens einen Lautsprecher abgestrahlt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Beeinflussen eines Audiosignals aus einer Audiosignalquelle in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen in einem Wiederga- beraum, wobei wenigstens ein Lautsprecher zur Ausgabe des Audiosignals in dem Wiedergaberaum sowie eine Aufnahmevorrichtung zum Abtasten des Audiosignals zusammen mit dem Umgebungsgeräusch in dem Wiedergaberaum vorgesehen ist, wobei die Aufnahmevorrichtung das abgetastete Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Stand der Technik
Aus der EP 0 179 530 B1 ist es bekannt, eine Ausgangslautstärke eines Audiosignals an einem Lautsprecher in einem Raum mit Zunahme des Pegels eines Hintergrundgeräusches zu erhöhen. Hierdurch ist es möglich, daß die Audioausgabe eines Autoradios in einem Kraftfahrzeug mit zunehmenden Fahrgeräusch bei zunehmender Geschwindigkeit erhöht und umgekehrt bei abnehmenden Fahrgeräusch bei abnehmender Geschwindigkeit erniedrigt wird, ohne daß ein Fahrer dies manuell am Autoradio tun muß. Hierbei hat sich der Nachteil gezeigt, daß auch auf Sprache, also auf eine Unterhaltung der Fahrgäste, reagiert wird. Daher wurden spezielle Vorkehrungen getroffen, so daß eine Unter- Scheidung zwischen dem Hintergrundgeräusch und Sprache möglich ist, so daß keine Erhöhung der Lautstärke der Audioausgabe des Autoradios erfolgt, wenn sich Fahrgäste im Kraftfahrzeug unterhalten.
Das vollständige Lauter- und Leisermachen der Audioausgabe, d.h. das Erhöhen und Erniedrigen des Lautstärkepegels aller Frequenzanteile des Audiosignals, ermöglicht zwar das Fahrgeräusch weitestgehend zu übertönen, jedoch ergibt sich der Nachteil, daß sich im Fahrgastraum ein verfälschter Klangeindruck ergibt, da das Fahrgeräusch nicht alle Frequenzanteile des Audiosignals enthält, sondern vielmehr nur beschränkte Frequenzanteile des Audiosignal übertönt bzw. beeinträchtigt. Die nicht im Fahrgeräusch enthaltenen Frequenzanteile des Audiosignals werden somit zu stark verstärkt und heben sich stärker vom Fahrgeräusch ab als die im Fahrgeräusch enthaltenen Frequenzanteile. Der Zuhörer im Fahrgastraum bekommt zuweilen den Eindruck eines viel zu lauten Audiosignals, dreht er jedoch manuell die Lautstärke zurück bekommt er den Eindruck, das Audiosignal nicht vollständig wahrnehmen zu können.
Der Artikel "Adaptive Systems in Control and Signal Processing" in Proceedings of the IFAC Workshop San Francisco, USA, 20. bis 22. Juni 1983 sowie der Artikel "Adaptive
Inverse Control" in Proceedings of the 2nd IFAC Workshop Lund, Schweden, 1. bis 3. Juli
1986 beschreiben Grundlagen für adaptive Filter, welche einen Eingang, einen Ausgang und einen speziellen Eingang aufweisen, wobei letzterer häufig als "gewünschte Antwort" bezeichnet wird, dem beispielsweise ein "Trainingssignal" zugeführt wird. Ein "adaptiver Algorithmus" in dem adaptiven Filter stellt vorbestimmte Parameter derart ein, daß eine
Fehlerfunktion minimiert wird, wobei der Fehler als Differenz zwischen der "gewünschten
Antwort" und der tatsächlichen Antwort am Ausgang des adaptiven Filter definiert ist. Aus dem Artikel "Grundlagen der adaptiven Regelung" in Elektronik 10, 17.5.1985, Seiten 51 bis 54 und dem Buch "Digital Control of Dynamic Systems", Franklin Gene F., Addison- Wesley Publishing Company, Philippinen, 1983, Seiten 207 bis 216 sind ferner die
Grundlagen für einen adaptiven Regler bekannt.
Aus EP-A-0 319 777 ist ein Verfahren zur störgeräuschabhängigen Lautstärkesteuerung unter Verwendung eines adaptiven Filters zur Isolierung eines Störgeräusche in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs repräsentierenden Signals bekannt. Das Ausgangssignal des adaptiven Filters, dem das wiederzugebende Audiosignal zugeführt ist, wird mit dem Ausgangssignal eines Mikrofons, das gleichermaßen dem Stör- wie auch dem wiedergegebenen Audiosignal ausgesetzt ist, verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses wird die Verstärkung des wiederzugebenden Audiosignals frequenzselektiv derart beeinflußt, daß eine Übertönung einzelner Frequenzbereiche des wiedergegebenen Audiosignals durch das Störgeräusch vermieden wird. Darstellung der Erfindung. Vorteile. Lösung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, daß durch eine Verstärkung des Audiosignals mit einer zusätzlichen Dynamikkompression ein optimales Klangbildes auch von leisen Passagen des Audiosignals, beispielsweise bei klassischer Musik, erzielt wird. Insbesondere ermöglicht die Dynamikkompression eine Wiedergabe im wesentlichen aller, also auch besonders leiser, Bestandteile des Audiosignals mit einer Lautstärke, die eine Verdeckung solcher Passagen durch das Störgeräuch ver- hindert. Weiter ermöglicht die Dynamikkompression auch eine Anhebung des mittleren Audiosignalpegels, wobei gleichzeitig besonders laute Passagen des Audiosignals unter einer, beispielsweise durch die Aussteuergrenze des Verstärkers, vorgegebener Grenze bleiben.
Vorzugsweise Weiterbildungen des Verfahrens und der Anordnung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
So wird zweckmäßigerweise das abgestrahlte Audiosignal zusammen mit den Umgebungsgeräuschen im Wiedergaberaum abgetastet und in ein elektrisches Signal umge- wandelt.
Für eine vollständig digitale Signalaufbereitung wird das elektrische Signal analog/digital und das Audiosignal vor dem Lautsprecher digital/analog gewandelt.
Zur Extraktion des Umgebungsgeräuschanteils in dem elektrischen Signal wird das elektrische Signal mit einem Audiosignal gemischt, welches in einem adaptiven Filter gefiltert wurde, wobei das adaptive Filter einen Übertragungsweg im Übertragungsraum vom Lautsprecher zur Abtastung nachbildet.
Zum selektiven, akustischen Anheben der von dem Umgebungsgeräusch überdeckten Frequenzanteil des Audiosignals, zum Erzielen eines bzgl. des Umgebungsgeräusches ausgewogenen Klangbildes der Wiedergabe im Wiedergaberaum wird in Abhängigkeit von dem Mischsignal das Audiosignal vor der adaptiven Filterung und vor der Lautsprecherausgabe derart beeinflußt, daß Frequenzanteile und/oder Frequenzbänder des Audiosignals, welche in dem das Umgebungsgeräusch repräsentierenden Mischsignal enthalten sind, selektiv verstärkt werden.
Zweckmäßigerweise werden dabei zur wahlweisen selektiven Verstärkung ein bis zehn, insbesondere fünf oder sieben, Frequenzen und/oder Frequenzbänder vorbestimmt.
Zur gesamten Anhebung oder Absenkung der Lautstärke der Lautsprecherausgabe des Audiosignals bei wechselnden Pegeln des Umgebungsgeräusches wird in besonders vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von dem Mischsignal das Audiosignal vor der adaptiven Filterung und vor der Lautsprecherausgabe derart verstärkt, daß mit zunehmendem Pegel des Mischsignals eine höhere Verstärkung und mit abnehmendem Pegel des Mischsignals eine geringere Verstärkung des Audiosignals durchgeführt wird.
Zum Erzielen eines optimalen Klangbildes auch von leisen Passagen des Audiosignals, beispielsweise bei klassischer Musik, wird die Verstärkung des Audiosignals zusätzlich mit einer Dynamikkompression durchgeführt.
Zur weiteren Verstärkung der selektiv, bezüglich des Umgebungsgeräusches, in dem Audiosignal angepaßten Frequenzpegel erfolgt in besonders vorteilhafter Weise die Verstärkung des Audiosignals nach der selektiven Beeinflussung von Frequenzen und/oder Frequenzbändern des Audiosignals.
Zweckmäßigerweise ist der Wiedergaberaum eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges und umfaßt das Umgebungsgeräusch Fahrgeräusche.
Ferner ist es bei der Vorrichtung erfindungsgemäß vorgesehen, daß nach der Aufnahmevorrichtung ein Mischer mit einem invertierenden Eingang und einem nicht invertierenden Eingang vorgesehen ist, wobei das dem Lautsprecher zugeführte Audiosignal am invertierenden Eingang des Mischers und das elektrische Signal am nicht invertierenden Eingang des Mischers anliegt und dem Mischer eine Auswerteeinheit nachgeschaltet ist, welche ein Mischsignal des Mischers aufnimmt und einen zwischen der Audiosignalquelle und dem Lautsprecher geschalteten Equalizer in Abhängigkeit vom Mischsignal derart ansteuert, daß der Equalizer Frequenzanteile und/oder Frequenzbänder des Audiosignals, welche in dem das Umgebungsgeräusch repräsentierenden Mischsignal enthalten ist, selektiv verstärkt und/oder bedämpft.
Dies hat den Vorteil, daß abhängig von den akustischen Gegebenheiten im Wiedergaberaum und den dort auftretenden Umgebungsgeräuschen eine derartige Beeinflussung des Audiosignals erfolgt, daß für einen Zuhörer eine klangechtere und angenehmere Wieder- gäbe des Audiosignals erzielt wird, wobei ggf. vorhandene Umgebungsgeräusche diesen Klangeindruck weniger beeinflussen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Anordnungsansprüchen beschrieben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform verstärkt und/oder bedämpft der Equalizer ein bis zehn, insbesondere fünf oder sieben, Frequenzen und/oder Frequenzbänder des Audiosignals.
Zur gesamten Anhebung oder Absenkung der Lautstärke der Lautsprecherausgabe des Audiosignals, bei wechselnden Pegeln des Umgebungsgeräusches, ist in besonders vorteilhafter Weise zwischen Equalizer und Lautsprecher ein Verstärker geschaltet, welcher angesteuert von der Auswerteeinheit das aus dem Equalizer ausgegebene Audiosignal insgesamt derart verstärkt, daß mit zunehmendem Pegel des Mischsignals eine höhere Verstärkung und mit abnehmendem Pegel des Mischsignal eine geringere Verstärkung des Audiosignals erfolgt.
Zum optimalen Extrahieren des Umgebungsgeräusches aus dem elektrischen Signal der Aufnahmevorrichtung ist vor dem invertierenden Eingang des Mischers ein adaptives Fil- ter vorgesehen, welches das Audiosignal zum Nachbilden einer Übertragungsstrecke zwischen Lautsprecher und Aufnahmevorrichtung adaptiv filtert. Für eine vollständig digitale Signalverarbeitung des Audiosignals und des von der Aufnahmevorrichtung abgegebenen elektrischen Signals ist in besonders bevorzugter Weise vor dem Lautsprecher ein Digital-/Analogwandler und/oder nach der Aufnahmevorrichtung ein Analog-/Digitalwandler vorgesehen, wobei bevorzugt bereits die Audiosignalquelle eine digitale Audiosignalquelle ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Aufnahmevorrichtung ein Mikrofon, insbesondere ein Elektromikrofon oder ein Kondensatormikrofon.
Zweckmäßigerweise ist der Wiedergaberaum eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges und umfaßt das Umgebungsgeräusch Fahrgeräusche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 2 ein Blockschaltbild der Dynamikkompression.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die in Figur 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- richtung 100 ist insbesondere zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und umfaßt eine digitale Audiosignalquelle 10, welche ein digitales Audiosignal über einen Equalizer 12, einen Dynamikkompressor 14, einen Digital-/ Analogwandler 16 und einen Verstärker 18 an einen Lautsprecher 20 abgibt. Dieser Lautsprecher 20 strahlt das Audiosignal 22 in einen Wiedergaberaum 24, beispielsweise eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, ab. Die Darstellung 26 veranschaulicht schematisch das vom Lautsprecher 20 abgegebene ungestörte Audiosignal 22.
In dem Wiedergaberaum 24 kommt es durch Umgebungsgeräusche 28, wie beispielsweise Fahrgeräusche des Kraftfahrzeuges, zu einer Überlagerung des Audiosignals 22, wobei das Umgebungsgeräusch 28 nur einige Frequenzen bzw. nur einige Frequenzbänder mit dem Audiosignal gemeinsam hat. Diese gemeinsamen Frequenzen bzw. Frequenzbänder überdecken entsprechend teilweise das Audiosignal 22, während andere Frequenzen bzw. Frequenzbänder des Audiosignals 22 ungestört das Ohr eines im Wiedergaberaum 24 befindlichen Zuhörers erreichen.
Nach einem Übertragungsweg 30 nimmt ein Mikrofon 32 das im Wiedergaberaum resultierende akustische Signal, welches sich aus dem Audiosignal 22 und dem Umgebungsgeräusch 28 zusammensetzt, auf und setzt dieses akustische Signal in ein elektrisches Signal um. Die Darstellung 34 veranschaulicht das vom Mikrofon 32 aufgenommene akustische Signal 36, welches sich aus dem Audiosignal 22 mit dem überlagerten Geräusch 28 zusammensetzt.
Nach einem Analog-/Digitalwandler 38 wird das so erhaltene Signal einem nicht invertierenden Eingang 40 eines Mischers 42 zugeführt. Über einen invertierenden Eingang 44 erhält der Mischer 42 ferner das Audiosignal 22, welches nach dem Dynamikkompressor 14 abgeleitet ist und einen adaptiven Filter 46 durchlaufen hat. Das adaptive Filter 46 bildet dabei den Übertragungsweg 30 derart nach, daß der Mischer 42 das in Darstellung 48 veranschaulichte Mischsignal 50 abgibt. Dieses Mischsignal 50 ist das aus dem elektrischen Signal 36 extrahierte Umgebungsgeräusch 28.
Das Mischsignal 50 wird einer Auswerteeinheit 52 zugeführt, welche eine frequenz- und pegelmäßige Auswertung des Mischsignals 50 durchführt. In Abhängigkeit von den im Mischsignal 50 enthaltenen Frequenzanteilen, werden von der Auswerteeinheit 52 gesteuert entsprechende Frequenzen bzw. Frequenzbänder im 5-Band-Grafik-Equalizer 12 selektiv verstärkt bzw. bedämpft, so daß sich diese Frequenzen bzw. Frequenzbänder in ihrer Lautstärker über das Umgebungsgeräusch 28 legen, wogegen nicht vom Umge- bungsgeräusch 28 beeinträchtigte Frequenzanteile bzw. Frequenzbandanteile des Audiosignals 22 relativ unverändert bleiben. Hierbei ist alternativ beispielsweise ein 7-Band- Grafik-Equalizer vorgesehen. Mit anderen Worten bleiben solche Frequenzanteile bzw. Frequenzbandanteile des Audiosignals 22 vom 5-Band-Grafik-Equalizer 12 unbeeinflußt, welche nicht oder mit nicht nennenswertem Pegel im Mischsignal 50 und damit im Umge- bungsgeräusch 28 vorhanden sind. Ferner ermittelt die Auswerteeinheit 52 mittels der Pegelauswertung des Mischsignals 50 einen erforderlichen Grad der Dynamikkompression und steuert den Dynamikkompressor 14 entsprechend an.
Obwohl in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 beispielhaft ein 5-Band-Grafik-Equalizer 12 vorgesehen ist, soll dies nicht einschränkend verstanden werden. Erfindungsgemäße ist auch jede andere Anzahl N von in dem Equalizer 12 beeinflußten Frequenzen bzw. Frequenzbändern möglich.
Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt in einem digitalen Signalprozessor, dem auch das digitale Audiosignal zugeführt wird. Das automatisch adaptierende Filter 46 bildet eine Akustik des Wiedergaberaumes 24, beispielsweise des Fahrzeuginnenraumes, nach. Der Block 14 des Dynamikkompressors ermittelt zunächst den Pegel des Audiosignals 22, wobei Anstiegs- und Abfallzeiten dafür sorgen, daß die Geschwindigkeit der Pegelände- rung begrenzt ist. Abhängig vom ermittelten Grad der Kompression und vom Pegel des Audiosignals 22 wird die digitale Verstärkung des Signals, der sogenannte Multiplikationsfaktor, variiert. Je geringer der Signalpegel und je höher der Kompressionsgrad ist, desto größer wird die Verstärkung.
Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß die Abhängigkeit der Maskierung des Umgebungsgeräusches einerseits sowie die Abhängigkeit vom Audiosignal andererseits durch zwei unabhängige Systemblöcke erfolgt. Die Bandanhebung des Equalizers, die nur vergleichsweise langsam verändert wird, erfolgen lediglich abhängig vom Umgebungsgeräusch bzw. Fahrgeräusch 28. Hierbei geht auch die Frequenzabhängigkeit der Maskie- rung mit ein. Eine frequenzunabhängige, zusätzliche Verstärkung leiser Audiopassagen erfolgt durch die Dynamikkompression, wobei die digitale Verstärkung sehr schnell variiert wird.
Ein Blockschaltbild des Dynamikkompressors 14 ist in Figur 2 dargestellt. Dieser umfaßt Mittel 62 und 64 zur Bildung eines die Leistung der Signale des linken und des rechten
Kanals 60, 61 des wiederzugebenden Audiosignals anzeigenden Signals, welches ein
Maß für deren Signalpegel darstellt. Diese sind in Form von Quadratbildnern 62 und 64 realisiert. Die Ausgangssignale der Quadratbildner 62 und 64, also die den jeweiligen momentanen Pegel des linken und des rechten Kanals des wiederzugebenden Audiosignals anzeigenden Signale werden Tiefpaßfiltern 66 und 68 zugeführt, an deren Ausgang jeweils ein den gemittelten Pegel des wiederzugebenden Audiosignals für jeden der bei- den Audiokanäle anzeigendes Signal abnehmbar ist. Die Tiefpaßfilter sind vorzugsweise in Form rekursiver digitaler Filter ausgeführt, wobei sich ein aktueller Wert des Signalpegels nach der Formel
Pe.neu = ° ' Pe.at, + C1 ~ 4) ' Pe mit pe : aktueller Pegel des Audiosignals, am Ausgang der Quadratbildner 62, 64 abnehmbar, Pe.neu/att '- neu zu berechnender bzw. zuletzt berechneter Mittelwert des Audiosignalpegels q : Gedächtnisfaktor zwischen den Extremwerte 0 und 1 ergibt.
Die gemittelten Signalpegel des linken und des rechten Kanals des wiederzugebenden Audiosignals werden einem Maximumsbildner 70 zugeführt, an dessen Ausgang der größere der beiden mittleren Signalpegel abnehmbar ist.
Das den größeren Signalpegel der beiden Audiokanäle repräsentierende Signal wird einer Stufe 72 zur Bestimmung eines Verstärkungsfaktors G zur Bewertung der einzelnen Abtastwerte des wiederzugebenden Audiosignals zugeführt. Weiterhin ist der Stufe 72 ein den Grad der erforderlichen Kompression des wiederzugebenden Audiosignals anzeigen- des Signal 74 zugeführt. In der Kompressionsstufe 72 wird in Abhängigkeit des aktuellen Audiosignalpegels, also des größeren der beiden Signale pe links und pe rechts , sowie des erforderlichen Kompressionsgrades k der Verstärkungsfaktor für einen jeden Abtastwert des wiederzugebenden Audiosignals, bestimmt. Eine vorteilhafte Berechnungsvorschrift für den Verstärkungsfaktor lautet dabei beispielsweise G = (k0 - pe )(k-])'2 , wobei k0 : systembedingte Konstante und k : die erforderliche Kompression repräsentierende Größe, vorzugsweise 0,4 < k < 1,0 , die von den Parametern voreingestellte Wiedergabelautstärke und Störgeräuschleistung abhängig ist.
Schließlich wird das vom Ausgang des Equalizers entnommene Audiosignal für den linken und den rechten Audiokanal in jeweils einem Multiplizierer 76 und 78 mit dem genannten Verstärkungs- oder Multiplikationsfaktor G multipliziert.
Der Grad k der Kompression ändert sich im Gegensatz zum Multiplikationsfaktor langsam mit dem Umgebungsgeräusch bzw. Fahrgeräusch 28. Der Vorteil der Unabhängigkeit der fahrgeräuschgesteuerten und audiosignalgesteuerten Maskierungsanteile liegt insbesondere in der Vermeidung von störenden Überschwingern bei Dynamiksprüngen, beispielsweise von leisen auf laute Passagen im Audiosignal.
In einer beispielhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Equalizer für die Fahrgeräuschmaskierung als von außen einstellbarer Equalizer zur Klangbeeinflussung ausgebildet, welcher beispielsweise mittels integrierter Routinen zur Erzeugung von Rauschsignalen auch automatisch einmeßbar ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Beeinflussung eines Audiosignals in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen in einem Wiedergaberaum, in welchem das Audiosignal über wenigstens einen Lautsprecher abgestrahlt wird, wobei in Abhängigkeit vom Umgebungsgeräusch vorbestimmte Frequenzen und/oder vorbestimmte Frequenzbän- der des Audiosignals selektiv verstärkt und/oder bedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Audiosignals zusätzlich mit einer Dynamikkompression durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das abgestrahlte Audiosignal zusammen mit den Umgebungsgeräuschen im Wiedergaberaum abgetastet und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal analog/digital gewandelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Audiosignal vor dem Lautsprecher digital/analog gewandelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal mit einem Audiosignal, welches in einem adaptiven Filter gefiltert wurde, zu einem Mischsignal in einem Mischer gemischt wird, wobei das adaptive Filter einen Übertragungsweg im Übertragungsraum vom Lautsprecher zur Abtastung nachbildet und das adaptiv gefilterte Audiosignal einem invertierenden Eingang des Mischers zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Mischsignal das Audiosignal vor der adaptiven Filterung und vor der Lautsprecherausgabe derart beeinflußt wird, daß Frequenzanteile und/oder Frequenzbänder des Audiosignals, welche in dem das Umgebungsgeräusch repräsentierenden Mischsignal enthalten sind, selektiv verstärkt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen selektiven Verstärkung ein bis zehn, insbesondere fünf oder sieben, Frequenzen und/oder Frequenzbänder vorbestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Mischsignal und/oder vom Pegel des Audiosignals das Audiosignal vor der adaptiven Filterung und vor der Lautsprecherausgabe derart verstärkt wird, daß mit zunehmendem Pegel des Mischsignals und/oder abnehmendem Pegel des Audiosignals eine höhere Verstärkung und mit abnehmendem Pegel des Mischsignal und/oder zunehmendem Pegel des Audiosignals eine geringere Verstärkung des Audiosignals durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 und nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Audiosignals nach der selektiven Beeinflussung von Frequenzen und/oder Frequenzbändern des Audiosignals erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergaberaum eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges ist und das Umgebungsgeräusch Fahrgeräusche umfaßt.
11. Vorrichtung (100) zum Beeinflussen eines Audiosignals (22) aus einer Audiosi- gnalquelle (10) in Abhängigkeit von Umgebungsgeräuschen (28) in einem Wiedergaberaum (24), wobei wenigstens ein Lautsprecher (20) zur Ausgabe des Audiosignals (22) in dem Wiedergaberaum (24) sowie eine Aufnahmevorrichtung (32) zum Abtasten des Audiosignals (22) zusammen mit dem Umgebungsgeräusch (28) in dem Wiedergaberaum (24) vorgesehen ist, wobei die Aufnahmevor- richtung (32) das abgetastete Signal (36) in ein elektrisches Signal umwandelt, wobei nach der Aufnahmevorrichtung (32) ein Mischer (42) mit einem invertierenden Eingang (44) und einem nicht invertierenden Eingang (40) vorgesehen ist, wobei das dem Lautsprecher (20) zugeführte Audiosignal (22) am invertierenden Ein- gang (44) des Mischer (42) und das elektrische Signal (36) am nicht invertierenden Eingang (40) des Mischers (42) anliegt und dem Mischer (42) eine Auswerteeinheit (52) nachgeschaltet ist, welche ein Mischsignal (50) des Mischers (42) aufnimmt und einen zwischen der Audiosignalquelle (10) und dem Lautsprecher (20) geschalteten Equalizer (12) in Abhängigkeit vom Mischsignal (50) derart ansteu- ert, daß der Equalizer (12) Frequenzanteile und/oder Frequenzbänder des Audiosignals (22), welche in dem das Umgebungsgeräusch (28) repräsentierenden Mischsignal (50) enthalten sind, selektiv verstärkt und/oder gedämpft, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Equalizer (12) und Lautsprecher (20) ein Verstärker (14) geschaltet ist, welcher angesteuert von einer Auswerteeinheit (52) und/oder in Abhängigkeit von einem Pegel des Audiosignals (22), das aus dem Equalizer (12) ausgegebene Audiosignal (22) insgesamt derart verstärkt, daß mit zunehmendem Pegel des Mischsignals (50) und/oder mit abnehmenden Pegel des Audiosignals (22) eine höhere Verstärkung und mit abnehmendem Pegel des Mischsignal (50) und/oder mit zunehmenden Pegel des Audiosignals (22) eine geringere Verstärkung des
Audiosignals (22) erfolgt.
12. Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet daß der Equalizer (12) ein bis zehn, insbesondere fünf oder sieben, Frequenzen und/oder Frequenzbänder des Audiosignals (22) verstärkt und/oder bedämpft.
13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker (14) zusätzlich einen Dynamikkompressor umfaßt, welcher in Abhängigkeit von einem Lautstärkepegel des Audiosignals (22) und/oder angesteuert durch die Auswerteeinheit (52) in Abhängigkeit von dem Mischsignal (50) eine Dynamikkompression durchführt.
14. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem invertierenden Eingang (44) des Mischers (42) ein adaptives Filter (46) vorgesehen ist, welches das Audiosignal (22) zum Nachbilden einer Übertragungsstrecke (30) zwischen Lautsprecher (20) und Aufnahmevorrichtung (32) ad- aptiv filtert.
15. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Lautsprecher (20) ein Digital-/Analogwandler (18) und/oder nach der Aufnahmevorrichtung (32) ein Analog-/Digitalwandler (38) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Audiosignalquelle (10) eine digitale Audiosignalquelle ist.
17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (32) ein Mikrofon, insbesondere ein Elektromikrofon oder ein Kondensatormikrofon, ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergaberaum (24) eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges ist und das Umgebungsgeräusch (28) Fahrgeräusche umfaßt.
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