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Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Anpassen der Lautstärke eines
Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Anpassen der Lautstärke eines
Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel, insbesondere
für mobile Rundfunkempfänger, wie Autoradios od.dgl., der im Oberbegriff des Anspruchs
1 definierten Gattung.
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Mit einer solchen Schaltungsanordnung wird die Lautstärke entsprechend
dem Geräuschpegel in der Umgebung des Lautsprechers so eingestellt, daß der Wiedergabepegel
des Lautsprechers, also der Nutzsignalpegel,immer um einige Dezibel höher liegt
als der Störgeräuschpegel. Dadurch wird das vom Lautsprecher abgestrahlte Nutzsignal
von dem Hörenden, unabhängig von dem jeweiligen Stärkegrad der Umweltgeräusche,
in etwa immer gleich laut empfunden.
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Insbesondere für den mobilen Betrieb des beispielsweise mit einem
Rundfunkempfänger verbundenen Lautsprechers bedeutet dies eine wesentliche Verbesserung
des Bedienungskomforts, da der Hörende nicht mehr gezwungen ist, bei häufig wechselndem
Störgeräuschpegel
ständig die Lautstärke des Lautsprechers nachzustellen.
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Für die einwandfreie Funktion der Schaltungsanordnung ist es jedoch
erforderlich, diese am Empfangsort, z.B. nach Einbau in ein Kraftfahrzeug, abzugleichen,
da die Schaltungskonstanten der Schaltungsanordnung von der gegenseitigen Zuordnung
von Mikrofon und Lautsprecher und von der Art des Aufstellungscrtes, z.B. des Kraftfahrzeuginnenraums,
abhängig sind. Die richtige Abstimmung der Schaltungsanordnung läßt sich daran erkennen,
daß ein Einfluß des Lautsprechersignals auf die Lautstärkeeinstellung nicht mehr
wahrgenommen werden kann.
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Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 29 42 331)
ist daher einem durch einen Gleichrichter und ein Quadriernetzwerk realisierten
Gegenspannungsverstärker ein Abstimmglied zugeordnet, mit welchem die Spannungsverstärkung
des Gegenspannungsverstärkers solange verändert werden kann, bis der Einfluß des
Lautsprechersignals in der dem Lautstärkeregler zugeführten Stellgröße vollständig
kompensiert ist.
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Ein solcher Vor Ort durchzuführender Abgleich der Schaltungsanordnung
ist aufwendig und erfordert eigens dafür geschultes Fachpersonal, so daß der Einbau
von z.B. mit einer solchen Schaltungsanordnung ausgerüsteten Autoradios nicht in
jeder Autowerkstatt zufriedenstellend durchgeführt werden kann. Zum anderen muß
für eine optimale Funktion der Schaltungsanordnung die Abstimmung an sich ändernde
Bedingungen des Aufstellungsortes, z.B.
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des Kraftfahrzeuginnenraums, angepaßt werden, da die
Kopplungsfaktoren
zwischen dem menschlichen Ohr einerseits und dem Störgeräusch und dem Nutzsignal
andererseits von der Kraftfahrzeug-Besetzung oder von der Fader- und Balance-Stellung
abhängig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der erforderliche Abgleich
der Schaltungsanordnung nach Anbringung von Lautsprecher und Mikrofon am Einbauort
automatisch erfolgt und sich bei Veränderung der Kopplungsfaktoren selbsttätig korrigiert.
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Die Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 definierten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß der
Abgleich der Schaltungsanordnung nach Aufstellung am Lautsprecherort, also nach
Einbau in das Kraftfahrzeug, selbsttätig durchgeführt wird.
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Mittels des Programmteils wird der zur Kompensation des Störgeräuschanteils
erforderliche Verstärkungsfaktor für den Spannungsverstärker automatisch empirisch
ermittelt, so daß alle durch den Aufstellungsort bedingten Einflüssen, z.B. die
vom Aufstellungsort abhängigen Kopplungsfaktoren zwischen Lautsprecher und Mikrofon,
mit erfaßt werden. Ändern sich die Kopplungsfaktoren, z.B. bei leerem gegenüber
voll besetztem Kraftfahrzeuginnenraum, so muß ein neuer Abaleich durchaeführt und
der Verstärkunqsfaktor neu
bestimm£'Der automatisch empirisch ermittelte Verstärkungsfaktor wird abgespeichert
und zur Steuerung
des Spannungsverstärkers benutzt. Da dieser Verstärkungsfaktor
von der eingestellten Grundlautstärke abhängig ist, berechnet das Rechenglied aus
dem mittels des Lautstärkestellers vorgegebenen Lautstärkepegel und dem abgespeicherten
Verstärkungsfaktor einen korrigierten Verstärkungsfaktor, der als Steuergröße an
den Steuereingang des Spannungsverstärkers gelangt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch
2 bzw. aus Anspruch 3. Bei Stereoempfängern mit einem oder mit zwei Lautsprechern
pro Stereokanal und entsprechend einem oder zwei Spannungsverstärkernwird für jeden
Spannungsverstärker durch getrennte Abgleichvorgänge je ein Verstärkungsfaktor bestimmt.
Da diese Verstärkungsfaktoren auch von der Balance- und Überblend-(Fader)-Einstellung
abhängig sind, werden diese Größen dem Rechenglied zugeführt, das die bei der Störgeräuschkompensation
vom Speicher abgerufenen Verstärkungsfaktoren entsprechend der Einstellung von Lautstärkesteller,
Balanceknopf und Fader korrigiert. Die jeweils korrigierten Verstärkungsfaktoren
werden als Steuergrößen den einzelnen Spannungsverstärkern zugeführt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus
Anspruch 6. Durch diese Maßnahmen kann ein automatischer Abgleich der Schaltungsanordnung
zweckmäßig und vorteilhaft durchgeführt werden.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild
einer Schaltungsanordnung zur störgeräuschabhängigen Lautstärkeeinstellung für einen
Auto-Stereoempfänger mit vier Lautsprechern, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung
der Schaltungsanordnung in Fig. 1.
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In der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind mit 11 - 14
die vier Lautsprecher eines Auto-Stereoempfängers bezeichnet, von denen jeweils
die ungradzahligen und die gradzahligen einem Stereokanal zugehörig sind und jeweils
vorn und hinten im Kraftfahrzeuginnenraum installiert sind.
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Auf einen mit dem Niederfrequenzteil Nf des Stereoempfängers verbundenen
Lautstärkeregler 10 wirken ein Lautstärkesteller 15, ein Balanceregler 16 und ein
Überblendregler oder Fader 17 ein, die alle manuell einzustellen sind. Der Lautstärkeregler
10 besteht aus einer Mehrzahl von Multiplizierern, die jeweils den einzelnen Lautsprechern
11 - 14 zugeordnet sind, so daß die Lautstärke eines jeden Lautsprechers 11- 14
in Abhängigkeit von der Einstellung des Lautstärkestellers 15, des Balancereglers
16 und des Faders 17 individuell geregelt werden kann.
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Die Schaltungsanordnung weist ferner ein Mikrofon 18 auf, das sowohl
das Lautsprechersignal als auch das Störgeräusch im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs
erfaßt.
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Entsprechend dem aufgenommenen Störgeräusch und Lautsprechersignal
erzeugt das Mikrofon 18 eine Ausgangsspannung, die sich aus einer vom Störgeräusch
und einer von dem Lautsprechersignal herrührenden Spannungs-
komponente
zusammensetzt. Der Ausgang des Mikrofons 18 ist über einen Mikrofonverstärker 19
mit Gleichrichter, in welchem vorzugsweise auch eine Quadrierung der Eingangsspannung
vorgenommen wird, mit einer Summierschaltung 20 verbunden. Der zweite, negierte
Eingang der Summierschaltung 20 ist mit dem Ausgang eines Addierers 21 verbunden,
an dessen vier Eingänge jeweils die Ausgänge von vier Spannungsverstärkern 22 -
25 gelegt sind. Eingangsseitig sind die Spannungsverstärker mit je einem Eingang
der Lautsprecher 11 - 14 verbunden.
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In der Summierschaltung 20 werden die beiden Eingangsspannungen, also
die verstärkte Mikrofonausgangsspannung und die Summe der verstärkten Lautsprechereingangsspannungen
gegensinnig addiert. Die am Ausgang der Summierschaltung anstehende Differenz- oder
Ausgangsspannung wird als Stellgröße dem Lautstärkeregler 10 zugeführt und im vorliegenden
Fall mit der Nutzspannung des Niederfrequenzteils multipliziert.
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Ist diese vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung zum Anpassen
der Lautstärke der Lautsprecher 11 - 14 an dem am Ort des Mikrofons 18 herrschenden
Störgeräuschpegel abgeglichen, so wird die Lautstärke der Lautsprecher 11 - 14 mit
zunehmendem Störgeräuschpegel vergrößert bzw. mit abnehmendem Störgeräuschpegel
reduziert, so daß der Störabstand des Lautsprechersignals vom Störgeräusch in etwa
konstant bleibt und der Kraftfahrzeuginsasse das Rundfunkprogramm stets gleich gut
hören kann.
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Zum selbsttätigen Abgleich der Schaltungsanordnung ist eine Steuerschaltung
26 vorgesehen. Vier Steuerausgänge 27 der Steuerschaltung 26 sind mit jeweils
einem
Steuereingang der Spannungsverstärker 22 - 25, ein Steuerausgang 28 ist mit dem
Lautstärkeregler 15 und weitere vier Ausgänge 29 sind mit den vier Ausgängen des
Niederfrequenzteils Nf verbunden, also mit den vier, mit dem Niederfrequenzteil
verbundenen Eingängen des Lautstärkereglers 10. Ein Eingang 30 der Steuer schaltung
26 ist mit dem Ausgang der Summierschaltung 20, ein Eingang 31 mit dem Ausgang des
mit dem Lautstärkeregler 10 verbundenen Ausgangs des Lautstärkestellers 15, ein
Eingang 32 mit dem Balanceregler 16 und ein Eingang 33 mit dem Fader 17 verbunden.
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Die Steuerschaltung 26 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Sie
weist einen Speicher 34 zur Speicherung von jeweils einen Verstärkungsfaktor 1 1
-für jeden Spannungsverstärker 22 - 25, ein Rechenglied 35 und ein Programmteil
36 auf. Das Rechenglied 35 ist eingangsseitig mit dem Speicher 34 und mit den Eingängen
31 - 33 der Steuerschaltung 26 verbunden und ausgangsseitig an die Steuerausgänge
27 der Steuerschaltung 26 angeschlossen. Das Rechenglied 35 errechnet aus den vom
Speicher 34 jeweils getrennt für die einzelnen Spannungsverstärker 22 - 25 abgerufenen
Verstärkungsfaktoren OG - ct4 in Abhängigkeit von den Ein-1 4 gangsgrößen an den
Eingängen 31 - 33, also von der Einstellung des Lautstärkestellers 15, des Balancereglers
16 und des Faders 17, korrigierte Verstärkungsfaktoren, die getrennt als Steuergrößen
den einzelnen Spannungsverstärkern 22 - 25 zugeführt werden.
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Die in dem Speicher 34 abgespeicherten Verstärkungsfaktoren α1
- α4 werden von der Steuerschaltung 26
automatisch und empirisch
bestimmt. Hierzu weist der Programmteil 36 einen Programmspeicher 37 und eine Programmablaufsteuerung
38 auf. Durch den Programmteil 36 wird ein automatischer Abgleichvorgang zur Ermittlung
der abzuspeichernden Verstärkungsfaktoren °t1 - ot4 in der Weise durchge-1 4 führt,
daß jeweils ein Lautsprecherkanal über einen der Ausgänge 29 mit einem Nutzsignal,
vorzugsweise mit eingefärbtem Rauschen, belegt wird und bei einer vorgegebenen Lautstärkeeinstellung
des Lautstärkestellers 15 die Steuergröße am Steuereingang des diesem Lautsprechers
zugeordneten Spannungsverstärkers 22 - 25 solange geändert wird, bis die Stellgröße
am Ausgang der Summierschaltung 20 Null wird.
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Dieser Wert der Steuergröße wird zwischengespeichert und der Vorgang
der Steuergrößenänderung und Zwischenspeicherung des der Stellgröße Null zugehörigen
Steuergrößenwertes wird bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Lautstärkeeinstellungen
wiederholt, und am Ende wird der Größte der zwischengespeicherten Steuergrößenwerte
als Verstärkungsfaktor in den Speicher 34 eingeschrieben. Dieser Vorgang wird für
jeden Lautsprecherkanal durchgeführt, so daß am Schluß der Abgleichprozedur die
Verstärkungsfaktoren α1 - α4 im Speicher zur Verfügung stehen. Die Einstellung
des Lautstärkestellers- 15 über den Steuerausgang 28 der Steuerschaltung 26 wird
dabei so vorgenommen, daß die Lautstärke von einem anfänglich niedrigen Lautstärkepegel
schrittweise erhöht wird.
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Die Steuerschaltung 26 weist hierzu einen Signalgenerator 39 zur Generierung
des Nutzsignals, vorzugsweise des eingefärbten Rauschens, auf, dessen Ausgang über
einen Multiplexer 40 mit einem der
Ausgänge 29 der Steuerschaltung
26 verbindbar ist.
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Der Multiplexer 40 wird von der Ablaufsteuerung 38 gesteuert, ebenso
wie der Signalgenerator 39 gestartet wird. Die Ablaufsteuerung 38 steuert weiter
ein Stellglied 41, das über den Ausgang 28 der Steuerschaltung 26 auf den Lautstärkesteller
15 wirkt. Ein Ausgang der Ablaufsteuerung 38 ist über einen weiteren Multiplexer
42 auf einen der vier Steuerausgänge 27 der Steuerschaltung 26 legbar.
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An diesem Ausgang der Programmablaufsteuerung erscheint eine sukzessiv
veränderbare Steuergröße ffiit die während des Abgleichvorgangs an dem ausgewählten
Spannungsverstärker 22 - 25 liegt. Dieser Ausgang der Programmablaufsteuerung 38
ist über einen elektronischen Schalter 43 mit dem Eingang eines Maximumsuchers 44
verbunden, dessen Ausgang an dem Signaleingang des Speichers 34 angeschlossen ist.
Da der Speicher 34 aus vier Teilspeichern besteht, in denen jeweils ein VerstärkungsfaktorDCi
abgespeichert wird, wird der Ausgang des Maximumsuchers 44 über einen weiteren Multiplexer
45 an den jeweiligen Signaleingang des Teilspeichers angeschlossen. Der Maximumsucher
44 ist an sich bekannt und kann z.B.
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aus einem Komparator und einen auf den einen Eingang des Komparators
rückgekoppelten Register bestehen, in welchem jeweils das Ausgangssignal des Komparators
zwischengespeichert wird. Ein in dem Speicher 34 eingeschriebenes Ausgangssignal
des Maximumsuchers 44, das gleich der an dem Spannungsverstärker angelegten momentanen
Steuergröße ist, wird jeweils von dem nächstgrößeren Ausgangs signal oder Steuergrößenwert
überschrieben.
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Der elektronische Schalter 43 wird von einem Nullspannungskomparator
46 gesteuert, der dann ein Schließsignal an dem elektronischen Schalter 43 abgibt,
wenn
die Stellgröße am Ausgang der Summierschaltung 20 und damit
am Nullspannungskomparator Null wird.
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Bei geschlossenem Schalter 43 wird der von der Programmablaufsteuerung
ausgegebene momentane Steuergrößenwert dafür den Spannungsverstärker 22 - 25 dem
Maximumsucher 44 zugeführt.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann die Schaltungsanordnung nicht nur bei Stereoempfängern sondern auch bei
Monoempfängern angewendet werden.
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In diesem Fall ist nur ein Spannungsverstärker zwischen Lautsprechereingang
und Summierschaltungseingang vorhanden. Der Addierer 21 entfällt. Im Speicher 34
ist nur ein V rstärkungsfaktor abgespeichert. Die Multiplexer werden durch einfache
elektronische Schalter ersetzt oder können ganz entfallen.
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Bei Stereoempfängern mit mindestens zwei Lautsprechern pro Stereokanal,
wie sie häufig in Kraftfahrzeugen angetroffen werden, lvann weiterhin die Schaltungsanordnung
insofern vereinfacht werden, als nicht jeweils ein Spannungsverstärker pro Lautsprecher
sondern nur ein Spannungsverstärker pro Stereokanal, also insgesamt zwei Spannungsverstärker,
vorgesehen werden. Die hierbei empirisch ermittelten Verstärkungsfaktoren ergeben
jedoch noch keine richtige, die Störgeräuschkomponente kompensierende Gegen spannung
am Ausgang der Spannungsverstärker. Die Verstärkungsfaktoren bedürfen bei Faderbetätigung
einer Korrektur, wobei der erforderliche Korrekturfaktor ebenfalls durch Abgleich,
ausgelöst und gesteuert vom Programmteil, ermittelt wird.