DE102016106105A1

DE102016106105A1 - Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System und Verfahren zum Steuern eines Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-Systems

Info

Publication number: DE102016106105A1
Application number: DE102016106105.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Georgi; Jan Watermann
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-10-05
Also published as: US20190141440A1; EP3440846B1; US10499148B2; EP3440846A1; WO2017174589A1

Abstract

Es wird ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In Ear-Monitor-System vorgesehen, das wenigstens einen Taktmaster (TM) zum Vorgeben einer Wordclock und mindestens einen Taktslave (TS) aufweist, welcher auf die von dem Taktmaster (TM) vorgegebene Wordclock zu synchronisieren ist. Zwischen dem Taktmaster (TM) und dem mindestens einen Taktslave (TS) ist eine digitale Drahtlos-Übertragungsstrecke vorhanden, welche sowohl Synchronisationssignale als auch Audiosignale digital überträgt. Der Taktmaster (TM) weist eine Taktreferenz auf, um einen ersten Sampletakt (S1) vorzugeben. Der Taktmaster weist ferner eine Synchronisationsschnittstelle (SY) zur drahtlosen Übertragung eines Synchronisationswortes (S) auf. Der Taktmaster (TM) weist einen ersten Timer (T1) auf. Eine erste Phase (P1) des ersten Taktsignals (S1) wird nach Ablauf des ersten Timers (T1) erfasst und die erste Phase (P1) wird drahtlos an den mindestens einen Taktslave (TS) übertragen. Der mindestens eine erste Taktslave (TS) weist einen zweiten Timer (T2) auf. Nach Ablauf des zweiten Timers (T2) wird eine zweite Phase (P2) des zweiten Taktsignals (S2) des Taktslaves (TS) erfasst und mit der drahtlos übertragenen ersten Phase (P1) verglichen. Die Abweichung zwischen der ersten und zweiten Phase (P1, P2) wird als Eingangsgröße als ein Regeleinheit (R) in dem mindestens einen Taktslave (TS) verwendet. Die Regeleinheit (R) stellt einen einstellbaren Sampletakt des mindestens einen Taktslaves (TS) derart ein, dass sie dem ersten Takt (S1) des Taktmasters (TM) entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System und ein Verfahren zum Steuern eines Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-Systems.
Bei kabelgebundenen digitalen Audioverarbeitungssystemen wird typischerweise ein sog. Wordclock als ein Basistakt verwendet, welcher benötigt wird, um eine Übertragung von Audiodatenströmen zwischen digitalen Audiogeräten zu ermöglichen. Ein Wordclock wird verwendet, um alle in der digitalen Audioverarbeitung beteiligten Geräte oder Einheiten zu synchronisieren. Die verschiedenen digitalen Audiogeräte, welche mittels des Wordclocks synchronisiert werden sollen, können beispielsweise AD-Wandler, Effektgeräte, Mischpulte, DA-Wandler etc. darstellen. Typischerweise verfügen diese Audiogeräte über digitalen Schnittstellen wie beispielsweise AES3/SPDIF, AES10/MADI. Basierend auf der Wordclock-Synchronisation kann eine kontinuierliche Weitergabe von Audiosamples gewährleistet werden, wodurch ein Leerlaufen oder ein Überlaufen eines Puffers verhindert werden kann. Durch die Wordclock-Synchronisation kann eine synchrone Phasenlage der Audiosignale erreicht werden. Die in einer digitalen Audioverarbeitung verwendeten Geräte weisen typischerweise einen internen Taktgenerator auf, der einen Basistakt zur Verfügung stellt, mit welchem Audiodaten verarbeitet werden. Wenn jedoch mehrere digitale Audiogeräte vorhanden sind, so wird eine Wordclock als Masterclock vorgegeben und von den beteiligten Geräten als Slaves übernommen.
Eine derartige Wordclock-Synchronisation ist jedoch nur bei kabelgebundenen digitalen Audioverarbeitungsgeräten bekannt.
Die Erfindung betrifft die Aufgabe, eine Synchronisation der Wordclock verschiedener Audioverarbeitungseinheiten in einem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Steuern eines Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System nach Anspruch 2 gelöst.
Somit wird ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In Ear-Monitor-System vorgesehen, das wenigstens einen Taktmaster zum Vorgeben einer Wordclock und mindestens einen Taktslave aufweist, welcher auf die von dem Taktmaster vorgegebene Wordclock zu synchronisieren ist. Zwischen dem Taktmaster und dem mindestens einen Taktslave ist eine digitale Drahtlos-Übertragungsstrecke vorhanden, welche sowohl Synchronisationssignale als auch Audiosignale digital überträgt. Der Taktmaster weist eine Taktreferenz auf, um einen ersten Sampletakt vorzugeben. Der Taktmaster weist ferner eine Synchronisationsschnittstelle zur drahtlosen Übertragung eines Synchronisationswortes auf. Der Taktmaster weist einen ersten Timer auf. Eine erste Phase des ersten Taktsignals wird nach Ablauf des ersten Timers erfasst und die erste Phase wird drahtlos an den mindestens einen Taktslave übertragen. Der mindestens eine erste Taktslave weist einen zweiten Timer auf. Nach Ablauf des zweiten Timers wird eine zweite Phase des zweiten Taktsignals des Taktslaves erfasst und mit der drahtlos übertragenen ersten Phase verglichen. Die Abweichung zwischen der ersten und zweiten Phase wird als Eingangsgröße als ein Regeleinheit in dem mindestens einen Taktslave verwendet. Die Regeleinheit stellt einen einstellbaren Sampletakt des mindestens einen Taktslaves derart ein, dass sie dem ersten Takt des Taktmasters entspricht.
Gemäß der Erfindung wird ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring System vorgesehen, welches eine drahtlose digitale Übertragung aufweist. Zur drahtlosen digitalen Übertragung eines Audiosignals muss das Audiosignal einer Digital/Analog-Wandlung unterzogen werden. Die Analog/Digital-Wandlung wird in festen Zeitabständen durchgeführt, basierend auf einem Sampletakt. Ein weiteres Gerät, welches das über die drahtlose digitale Übertragungsstrecke gesendete Audiosignal empfängt, sollte möglichst denselben Sampletakt benutzen. Wird der Sampletakt jedoch in dem weiteren Gerät selbst erzeugt, kann er auf Grund von Toleranzen der verwendeten elektronischen Bauteile und/oder Temperaturunterschiede von dem Sampletakt des sendenden Gerätes geringfügig abweichen. Eine sinnvolle Übertragung von raumbezogenen Mehrkanalsignalen (Stereo, Surroundsystemen [z. B. 5.1] kann dadurch nur eingeschränkt funktionieren; die akustische Raumortung wird dadurch sehr ungenau, manchmal unmöglich. Somit wird eine Synchronisation des Sampletaktes in Frequenz als auch in Phase benötigt.
Durch das erfindungsgemäße Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System kann eine drahtlose Wordclock-Synchronisation zur synchronen Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandlung in drahtlosen Audiogeräten wie beispielsweise drahtlose Mikrofone und drahtlose In-Ear-Monitoring-Empfänger genutzt werden. Der Vorteil einer drahtlosen Wordclock-Synchronisation ist insbesondere bei einer Stereo- und Surroundtauglichen Mikrofonierung mit mehreren drahtlosen Mikrofonen und/oder drahtlosen In-Ear-Monitoring-Empfängern vorhanden. Ferner kann hierdurch eine Abtastratenumwandlung (sample rate conversion) vermieden werden, die sonst erforderlich ist, um mehrere ankommende Kanäle (z. B. von mehreren Mikrofonen) auf einem gemeinsamen Summenkanal auszugeben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer Synchronisation in einem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring System, und
2 zeigt als exemplarisches Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild einer Synchronisation in einem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring System.
Gemäß der Erfindung wird ein Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System vorgesehen. In dem System können beispielsweise Drahtlos-Mikrofone ein von ihnen erfasstes Audiosignal drahtlos an einen Empfänger übertragen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Audiosignal drahtlos an eine In-Ear-Monitoring-Einheit übertragen werden, damit dieses Audiosignal beispielsweise über einen In-Ear-Hörer an einen Träger des In-Ear-Monitoring-Systems ausgegeben werden kann.
In dem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System sind mindestens ein Taktmaster TM und mindestens ein Taktslave TS vorhanden. Der mindestens eine Taktslave muss sich dann auf den von dem Taktmaster vorgegebenen Takt, beispielsweise den Wordclock, sowohl hinsichtlich der Frequenz als auch hinsichtlich der Phase einstellen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer Wordclock-Synchronisation in einem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring System gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Taktmaster TM kann über eine bidirektionale drahtlose Übertragungsstrecke vorzugsweise in regelmäßigen Abständen ein Synchronisationswort S übertragen. Der Taktmaster TM kann einen Taktgenerator (beispielsweise 49,152 MHz) aufweisen. Der Ausgang des Taktgenerators kann mit einem Taktteiler (beispielsweise 1024) auf einen Sampletakt von beispielsweise 48 kHz geteilt werden.
Der in 1 dargestellte zeitliche Ablauf zeigt die Verhältnisse im eingeschwungenen Zustand, d. h., die Synchronisation hat bereits stattgefunden, so dass der Sampletakt des Slaves sich bereits frequenz- und phasenmäßig auf den Sampletakt des Masters abgestimmt hat. Der Vorgang der Synchronisation wird anhand des eingeschwungenen Zustandes beschrieben.
Der Taktmaster TM startet einen ersten Timer T1 beim Senden des Synchronisationswortes S. Nach Ablauf des ersten Timers T wird die Phase P1 des Sampletaktes S1 gemessen. Die gemessene Phase P1 wird an einen oder mehrere Taktslaves TS (z. B. über einen Broadcast Kanal BC) übertragen. Der Taktslave TS empfängt das Synchronisationswort S und startet einen zweiten Timer T2. Nach Ablauf des zweiten Timers T2 wird die Phase P2 des Sampletaktes S2 des Taktslaves TS gemessen. Wenn der Taktslave TS die erste Phase P1 über den Broadcast BC empfängt, dann wird die erste und zweite Phase P1, P2 in einer Vergleichseinheit C verglichen und die durch den Vergleich ermittelte Abweichung stellt die Regelabweichung des einstellbaren Taktgenerators des Taktslaves TS dar. Dieser Vorgang kann optional bei Übertragung jedes Synchronisationswortes S durchgeführt werden. Alternativ dazu kann dies auch nach einer Übertragung einer Anzahl von Synchronisationsworten S durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Takt S1 im Master vorgesehen sein und der Takt S2 kann im Slave vorgesehen sein. Der Timer T2 kann im Slave ablaufen.
Das Senden des Synchronisationswortes S (Start des Timers 1) bis zur Verarbeitung dieser Information im Slave und dem Start des Timers 2 benötigt eine gewisse Zeit, die in 1 symbolisch als Breite des Blocks S dargestellt ist. Sie ist in der Praxis sehr kurz. Das Einstellen der Timer T1 und T2 in der Art, dass der Ablauf beider Timer zum selben Zeitpunkt erfolgt, kann nur mit einer begrenzten Genauigkeit erfolgen, da wegen unterschiedlicher Takte im Master und in Slave diese Timer gewissen geringfügigen Schwankungen unterliegen. Ebenso weist die als Breite des Blocks S dargestellte Zeit geringfügige Schwankungen auf. Alle diese drei Veränderungen sind jedoch in der Praxis außerordentlich gering, sodass sie gegenüber den Taktschwankungen für die Steuerung der Analog-/Digitalwandler im Master/Slave keinerlei Bedeutung haben. Die Verschiebung der Sampletakte ist um Größenordnungen stärker, sodass die geringfügigen Zeitschwankungen von S, T1 und T2 in der Praxis keine Rolle spielen.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Synchronisation in einem Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring System Ein Taktslave TS weist gemäß der Erfindung einen einstellbaren Taktgenerator (z. B. ein VCXO mit einem Taktteiler D) auf. Ein Taktgenerator kann beispielsweise als ein Voltage Control Crystal Oszillator VCXO oder als ein Digitally Controlled Crystal Oscillator DCXO implementiert werden.
Gemäß der Erfindung wird der erste und/oder zweite Timer T1, T2 so eingestellt, dass ihr Ablauf zum selben Zeitpunkt erfolgt. In diesem Fall stimmt im synchronisierten Zustand die von dem Taktmaster TM gemessene und an den Taktslave TS übertragene Phase mit der Phase des Taktslaves überein. Wenn eine Abweichung vorhanden ist, dann ist diese Abweichung auf Null zu regeln mittels eines Reglers R in dem Taktslave TS. Eine Stellgröße des Reglers kann das Steuersignal des einstellbaren Taktgenerators VCXO in dem Taktslave TS sein.
Der Taktmaster TM kann einen Digital/Analog-Wandler DAC, einen Taktteiler D, einen Oszillator XO, eine erste Sample-and-Hold-Einheit SHP1 zum Speichern der ersten Phase P1 aufweisen. Über eine Datenübertragungsschnittstelle DT kann die erste Phase P1 per Broadcast übertragen werden. Der Taktmaster TM kann eine Audioübertragungsschnittstelle A aufweisen, die die vom Mikrofon M aufgenommenen und vom Analog/Digitalwandler ADC verarbeiteten Audiodaten vom Taktslave TS zum Taktmaster TM überträgt. Ferner kann der Taktmaster TM eine Synchronisationsschnittstelle SY aufweisen.
Der Taktslave TS kann beispielsweise mit einem Mikrofon M gekoppelt sein und empfängt das Ausgangssignal des Mikrofons M. Das Ausgangssignal des Mikrofons kann in einem Analog/Digital-Wandler DAC digitalisiert werden.
Der Taktslave TS weist einen einstellbaren Oszillator VCXO, eine Taktteilungseinheit D, eine zweite Sample-and-Hold-Einheit SHP2, eine Vergleichseinheit C, einen zweiten Timer T2 sowie einen Regler R auf.
Über die Synchronisationsschnittstelle SY überträgt der Taktmaster TM das Synchronisationswort RXS, welches von dem Taktslave TS empfangen wird. Bei Empfang des Synchronisationswortes RXS wird der zweite Timer T2 gestartet. Nach Ablauf des zweiten Timers T2 wird die zweite Sample-and-Hold-Einheit SHP2 verwendet, um die zweite gemessene Phase P2 des Taktslaves TS zu speichern. Wenn Daten über die Datenübertragungsschnittstelle DT übertragen werden, dann wird die erste und zweite Phase P1, P2 in der Vergleichseinheit C verglichen. Der Ausgang der Vergleichseinheit C ist ein Eingangssignal der Regeleinheit R. Das Ausgangssignal der Regeleinheit R steuert einen einstellbaren Taktgenerator VCXO. Das Ausgangssignal des einstellbaren Taktgenerators VCXO wird durch die Taktteilereinheit D geteilt und dem Analog/Digital-Wandler ADC zugeführt, welche diesen Takt als Sampletakt zum Abtasten des Ausgangssignals des Mikrofons M verwendet. Das entsprechend digitalisierte Ausgangssignal des Mikrofons M wird über die Audioschnittstelle A an den Taktmaster TM übertragen, welcher eine Digital/Analog-Wandlung in dem Digital/Analog-Wandler DAC durchführt und das analoge Ausgangssignal dann beispielsweise an einen Lautsprecher L ausgeben kann.
Die Erfindung betrifft somit eine bidirektionale Drahtlos-Übertragungsstrecke mit regelmäßiger zeitlicher Synchronisation von mindestens einem Taktslave auf den Taktmaster. Ein Sendevorgang des Taktmasters und ein Empfangsvorgang des Taktslaves starten jeweils einen Timer, um auf allen Geräten einen gleichen Messzeitpunkt zu gewährleisten. Der Taktmaster misst zum Messzeitpunkt eine Sampletaktphase, welche an alle Taktslaves übertragen wird. Ein Taktslave misst zum Messzeitpunkt eine Sampletaktphase. Diese Sampletaktphase wird mit der empfangenen Sampletaktphase des Taktmasters verglichen. Eine Abweichung wird dazu verwendet, einen einstellbaren Taktgenerator im Taktslave so zu steuern, dass diese Abweichung auf Null geregelt wird.

Claims

Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-System, mit mindestens einem Taktmaster (TM) zum Vorgeben einer Wordclock und mindestens einem Taktslave (TS), welcher auf die von dem Taktmaster (TM) vorgegebenen Wordclock zu synchronisieren ist, wobei zwischen dem Taktmaster (TM) und dem mindestens einen Taktslave (TS) eine drahtlose digitale Übertragungsstrecke vorhanden ist, über welche sowohl Synchronisationssignale als auch Audiosignale digital übertragen werden, wobei der Taktmaster (TM) eine Taktreferenz aufweist, um einen ersten Sampletakt (S1) vorzugeben, sowie eine Synchronisationsschnittstelle (SY) zur drahtlosen Übertragung eines Synchronisationswortes (S) aufweist, wobei der Taktmaster (TM) einen ersten Timer (T1) aufweist, wobei eine erste Phase (P1) des ersten Taktsignals (S1) nach Ablauf des ersten Timers (T1) erfasst wird und die erste Phase (P1) drahtlos an den mindestens einen Taktslave (TS) übertragen wird, wobei der mindestens eine erste Taktslave (TS) einen zweiten Timer (T2) aufweist, wobei nach Ablauf des zweiten Timers (T2) eine zweite Phase (P2) des zweiten Taktsignals (S2) des Taktslaves (TS) erfasst wird und mit der drahtlos übertragenen ersten Phase (P1) verglichen wird, wobei die Abweichung zwischen der ersten und zweiten Phase (P1, P2) als Eingangsgröße in eine Regeleinheit (R) in dem mindestens einen Taktslave (TS) verwendet wird, wobei die Regeleinheit (R) den einstellbaren Sampletakt des mindestens einen Taktslaves (TS) derart einstellt, dass sie dem ersten Takt (S1) des Taktmasters (TM) entspricht.
Verfahren zum Steuern eines Drahtlos-Mikrofon- und/oder In-Ear-Monitoring-Systems, welche einen Taktmaster (TM) und mindestens einen Taktslave (TS) aufweisen, wobei zwischen dem Taktmaster (TM) und dem mindestens einen Taktslave (TS) eine drahtlose digitale Übertragungsstrecke vorhanden ist, über welche sowohl Synchronisationssignale als auch Audiosignale digital übertragen werden können, mit den Schritten: Vorgeben eines ersten Sampletaktes (S1) in dem Taktmaster (TM), Starten eines ersten Times (T1) in dem Taktmaster (TM) und Erfassen der Phase (P1) des ersten Taktsignals (S1) nach Ablauf des ersten Timers (T1), drahtloses Übertragen der erfassten ersten Phase (P1) an den mindestens einen Taktslave (TS), Starten eines zweiten Timers (T2) in dem mindestens einen Taktslave (TS), Erfassen der zweiten Phase des zweiten Taktsignals (S2) des Taktslaves (TS) in dem Taktslave, Vergleichen der drahtlos übertragenen ersten Phase (P1) mit der erfassten zweiten Phase (P2), Verwenden der Abweichung zwischen der ersten und zweiten Phase (P1, P2) als Eingangsgröße für eine Regeleinheit (R) des Taktslaves (TS), und Einstellen des einstellbaren Sampletaktes des Taktslaves (TS) durch die Regeleinheit, so dass der Sampletakt des Taktslaves (TS) dem ersten Sampletakt des Taktmasters (TM) entspricht.