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CN103050139B - 用于播放音频信号的设备和方法 - Google Patents

用于播放音频信号的设备和方法 Download PDF

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CN103050139B CN201210387539.8A CN201210387539A CN103050139B CN 103050139 B CN103050139 B CN 103050139B CN 201210387539 A CN201210387539 A CN 201210387539A CN 103050139 B CN103050139 B CN 103050139B
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Abstract

一种用于控制音频信号(SA)播放的设备和方法，其中该设备通过储能设备(2)运行，包括下列步骤：—使正常模式(MN)无效并激活节能模式(MS)，其中储能设备（2）为播放音频信号（SA）的功率消耗在节能模式(MS)相比于正常模式（MN）减少，—在节能模式(MS)中减少音频信号(SA)的频谱(X(fSA))的低音频率分量(B)，并输出具有降低低音频率分量(B)的音频信号(SA)，—确定储能设备(2)的电荷状态(C)，以及—基于储能设备(2)的电荷状态(C)的降低控制低音频率分量(B)的降低。

Description

用于播放音频信号的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于播放音频信号的设备和方法。
背景技术
已知所谓的信息娱乐系统用于机动车辆。信息娱乐系统被配置成播放音频信号。
根据EP 1024577A1，已知电力系统具有蓄电池组和充电电路。在US 5,771,471所示的另一电路具有用于无线电话的充电调节器。在US2002/0044637A1中，电源电路被显示能提高化学电池的使用效率。
发明内容
根据一个方面，对设备的改进通过具有独立权利要求1的特征的设备进行描述。优选性改进是从属权利要求的主题，都包含在本描述中。
因此，提供一种用于播放音频信号的设备。设备可具有用于连接到储能设备的第一接口。储能设备可包括电池或燃料电池或者优选地可充电电池。第一接口可具有到能量供应和/或信号连接的连接在。
设备可具有用于连接到扬声器的第二接口。第二接口可以是用于输出音频信号的前置放大器输出和/或末端放大器输出。扬声器可通过电缆连接到第二接口。同样地，扬声器也可能通过放大器（诸如低音炮）连接到第二接口。
设备可具有放大器，其可连接到第二接口，并可设计成用于放大音频信号。放大器可以是前置放大器或功率放大器。设备的放大器可以连接到储能设备用于运行。
设备可具有控制设备，该控制设备可连接到第一接口和放大器。控制设备可以具有计算单元，诸如微控制器和/或信号处理器和/或执行控制程序的CPU，其中，所述控制程序可以提供所述控制设备的控制功能。
控制设备可配置成运行正常模式和节能模式。在节能模式中，为了播放音频信号而对来自储能设备的电能的功率消耗与正常模式相比，可以减少。
控制设备可配置成在节能模式中降低音频信号频谱的低音频率分量，并通过第二接口输出具有降低的低音频率分量的音频信号。
控制设备可设计成确定储能设备的电荷状态。数字或模拟电荷状态信号可从储能设备传输到控制设备用于确定电荷状态。
控制设备可设计成根据储能设备的电荷状态的降低来控制低音频率分量的降低。控制设备可设计成在电荷状态下降时通过函数降低降低低音频率分量。低音频率分量可成比例或借助LUT(查阅表)减少。
根据一个方面，对方法的改进通过具有独立权利要求的特征的方法描述。优选的发展被包含在本描述中。
因此，提供一种用于对音频信号的播放进行控制的方法。音频信号可借助储能设备操作的设备播放。
在方法中，使正常模式无效并激活节能模式，其中在节能模式中，与正常模式相比，储能设备为了播放音频信号的电力消耗减少
在节能模式中，音频信号的频谱的低音频率分量可减少，以及可输出具有降低低音频率分量的音频信号。
在节能模式中可确定储能设备的电荷状态。
可根据储能设备的电荷状态降低来控制低音频率分量的减少。
下面描述的发展涉及播放音频信号的设备以及方法。
根据一个实施例，控制设备可连接存储音频文件的数据库。和音频文件相关的元数据可存储在数据库中。该元数据可以是ID3标签和可以应用的其他数据。
每个音频文件的能量值可被存储为元数据的数据项。能量值可基于适用音频文件的频谱的低音频率分量。可利用频谱范围的转换确定所述能量值，并且所述能量值可被存储。
控制设备可配置成根据储能设备的电荷状态确定能量阈值。在一个实施例中，控制设备可配置成至少评估一个其他的输入量用于确定能量阈值。其他的输入量可取决于其他电气设备—诸如影响储能设备的电荷状态的电动马达或太阳能电池。到目的地的距离或电动汽车的剩余旅行时间可用于确定能量阈值。
为了控制低音频率分量，在一个实施例中，控制设备可配置成基于能量阈值并基于来自数据库的音频文件的相关能量值确定要输出的音频文件，并输出音频文件作为音频信号。
根据一个实施例，控制设备可配置成使用数字或模拟滤波器用于过滤要输出的音频信号，以降低低音频率分量。该滤波器可以是模拟或数字高通滤波器或带通滤波器。滤波器的过滤可结合使用能量阈值的上述选择。
在一个实施例中，控制设备可配置成基于储能设备的电荷状态确定滤波器的阈值频率。随着电荷状态下降，滤波器的阈值频率可对于音频信号的低频增加。
在一个实施例中，控制设备可配置成确定当前位置和到目的地的路线以及到目的地的距离。到目的地的距离优选地由GPS(全球定位系统)确定。因此可确定当前位置和目的地之间的距离。可根据所述距离确定对于该行程（range）的必要电荷状态。例如，可以确定当前电荷状态和到达目的地的必要电荷状态之间的差别，并可借助所确定的差别控制低音频率分量的减少。因此，控制设备可配置成根据当前电荷状态和到目的地的距离控制低音频率分量的降低。
在一个实施例中，控制设备可配置成根据输入单元的输入激活节能模式。
无论是独自来说还是结合起来，上述不同的实施例是特别优选的。所有实施例可互相结合。某些可能的组合在附图的解释中描述。然而，这里引入的不同实施例的这些组合可能性并不详尽。
附图说明
参考附图，在下文通过示例性实施例详细解释本发明。
附图示出
图1是等响度曲线的示意图。
图2是示意框图。
图3是示例性实施例的示意图。
图4是另一示例性实施例的另一示意图。
图5是播放音频信号的设备的示意表示。
图5a是控制设备的示意实施例。
图5b是另一个控制设备的另一示意实施例。
图6是输入单元的示意实施例。
具体实施方式
在图1示意性所示的是关于等响度曲线的示例图—按ISO标准226(2003)。图表显示：感知响度是严重频率相关的。该频率相关性本身又是声压相关的，这意味着对于不同声级存在不同的频率相关性。为此，如果要陈述对声音事件的感知，必须确定声音的频谱X(fSA)。此外，声音事件的时间性能以及遍布多个频率组(泛音)的声音事件也影响对响度的感知。为了能够量化其感知响度，图1显示响度级(方为计量单位)随着频率变化的图表。例如，已知使用A-滤波器进行评估，其中每种情况使用的频率滤波器可以附加到括号中的dB值(dB=分贝)，例如20dB(A)。曲线具有通过计算推断的区域。
图1中所示的具有相等感知响度级(例如，20方)的曲线显示：具有低音频率分量B（也叫低音部分B）的声压dB随着低于约200赫兹的频率的下降而大幅上升。为了播放低音频率分量B的声音事件，因此需要生成与1kHz频率相比显著更高的声压dB。因此，当使用扬声器播放声音事件时，相应地需要更高电力生成低音部分B的高声压dB。例如，如果要以20方的感知响度等级播放带宽为20Hz到2KHz的声音事件，则必须针对频率2kHz生成近似20dB的声压。相比之下，必须针对20赫兹的频率生成90dB的声压。因此，必须为低频范围的低音部分B应用更多电力，以在人耳中产生与中音或高音频频率相同的响度感知。
此外，所需的电力取决于扬声器的效率和/或定向特性。例如，高音喇叭可具有比低音炮稍高的效率。频率越高，声音更定向并且在听点处功率理论上增加。频率越低，声音变得更无定向性，在听点产生同一声压需要更多功率。此外，当频率的波长小于膜半径时，辐射功率可以减少。此外，声学空间可以以频率相关的方式影响声压。例如，压力室效应发生在机动车中。当考虑所有起作用的物理效应时，在相同感知响度下，大多数电力需要用于低音部分B。
图2示意性显示用于播放音频信号SA的设备1。该设备1可以是用于音频信号SA的机动车或便携式播放器的信息娱乐系统。该设备1可具有第一接口101用于连接到作为储电设备的可充电电池2。该设备1也可具有第二接口102用于连接到扬声器3。例如，扬声器3可通过电缆直接连接到第二接口2的连接。也可能通过低音炮放大器（未显示）将扬声器3连接到第二接口102。图1的示例性实施例的设备1可具有放大器110，该放大器110可连接到第二接口102并可用于放大音频信号SA。为了运行，放大器110可通过第一接口101连接到可充电电池2。此外，图1的设备1可具有控制设备120，该控制设备120可连接到第一接口101和放大器110。
一个实施例参考图3的图表详细说明。可充电电池2的电荷状态C被显示为20%、30%、40%、50%和100%的电荷。在图3的一个实施例中，超过50%的电荷状态C可关联于正常模式MN，不到50%的电荷状态C可关联设备1的节能模式MS。同样以举例方式显示：音频信号SA的频谱X(fSA)相对于频率f。图2的控制设备120可设计成与正常模式MN相比在节能模式MS中降低为播放音频信号SA可充电电池2的功耗。在图3的一个实施例中，在节能模式MS中可通过对音频信号SA进行高通滤波来减少音频信号SA的低音部分B。在图3中，针对不同的阈值频率fG1、fG2、fG3、fG4显示滤波的频率响应。可在高通滤波之后输出低音部分B降低的音频信号SA。
图2中的控制设备120可配置成确定电荷状态C。例如，可为此目的测量可充电电池2的电量，诸如可充电电池电压或随着时间推移的性能。控制设备120可配置成基于可充电电池2电荷状态C的降低来控制低音部分B的降低。在图3的一个实施例中，低音部分B的降低可通过滤波实现。在图3的一个实施例中，数字和/或模拟高通滤波可由控制设备120执行。在一个实施例中，控制设备120可具有可控的滤波函数。在一个实施例中，高通滤波器可以根据电荷状态C的函数被激活或无效。例如，在电荷状态C超过50%时，高通滤波器可被无效。
在图3的一个实施例中，高通滤波可由控制设备120控制，在于可改变高通滤波的截止频率fG1、fG2、fG3、fG4。在图3的示例性实施例中，在正常模式MN中高通滤波可在电荷状态C超过50%时被无效。第一截止频率值fG1可关联于40%和50%之间的电荷状态C。第二截止频率值fG2可关联于30%和40%之间的电荷状态C。第三个截止频率值fG3可关联于20%和30%之间的电荷状态C。相比之下，第四截止频率值fG4（例如200赫兹）可被关联于低于20%的电荷状态C。在图3的实施例中，截止频率fG1、fG2、fG3、fG4可通过阶梯函数作为电荷状态C的函数控制。可替换地，比例相关性可被提供。同样可能在节能模式MS中使低音炮放大器无效(未在图3显示)。除了电荷状态C，可分析其他输入量用于控制减少，如在图5的描述中详细说明。
一个实施例使用图4中的图表解释。控制设备120可具有到数据库（图5中的130，未在图4示出）的连接。数据库可具有音频文件A1、A2和A3以及与每个音频文件A1、A2、A3相关的元数据。在这个设计中，能量值E可包括在元数据中。图4的示意图示意性显示每个音频文件A1、A2和A3的频谱X(fA1)、X(fA2)、X(fA3)以及在数据库中存储的相关能量值E，因此，与第一数据文件A1相关的能量值是E=10，与第二音频文件A2相关的能量值是E=1，与第三音频文件A3相关的能量值是E=4。可根据在频谱X(fA1)、X(fA2)、X(fA3)的低音部分B中的功率P确定可适用的能量值E。为此，功率P可作为例如音频文件A1、A2、A3整个长度上的平均。
在图5中，详细解释了用于播放音频信号SA的设备1。该设备1可具有控制单元120，其可经过第一接口101连接到可充电电池2，Accu。此外，该设备可以具有放大器110，AMP，其可通过第二接口102连接扬声器3。放大器110可具有多个放大器单元，并可被供应以来自可充电电池2的电流IAudio。在图5的示例性实施例中，低音炮放大器单元可另外通过控制信号SubOff被激活和无效。放大器110可具有将放大的音频信号SA输出到扬声器3的功能。
该设备1可具有控制单元120用于将音频信号SA输出到放大器110。控制设备120可配置成运行正常模式MN和节能模式MS。为此，控制设备120可配置成生成与正常模式MN和节能模式MS相关的控制信号。正常模式MN和节能模式MS的激活和无效可通过输入信号实现，诸如由用户通过输入单元4的输入和/或储能设备2的监测信号（诸如可充电电池的输出电压）和/或来自导航单元的位置相关信号（诸如到路线目的地的距离）。节能模式MS可根据输入信号的函数被激活或无效，其中在节能模式MS中，储能设备2用于播放音频信号SA的功耗与正常模式MN相比可降低。
在图5的实施例中，可以这样一种方式根据可充电锂电池的电荷状态C的函数来操纵电动汽车的音乐播放，即低功耗标题可按需要播放，或播放的音乐可以通过过滤更改/消除大功率低频。通过这种方式，在设备1的可充电电池2中节省的能量可以有益于机动车的行程（range）。此外，响度调整也可以发生。
电动汽车中的音响系统消耗电能。如果能量应用于电动汽车的行程，则存在完全手动关掉音乐系统的选项。但如果乘车者不希望放弃享受音乐，必须智能分布可用能量。当充电电池具有低电量时，只有低功耗音乐可以由设备1在扬声器3输出。低能耗音乐可以通过将音乐片段分类和/或通过滤除频谱的大功率部分获得。这可能对声功率有直接影响，并同时影响电力消耗。
电动汽车中音乐系统的电能消耗在很大程度上取决于播放响度和输出的音频信号SA的频谱X(fSA)。通过扬声器3发出的声音功率直接关系到电力。因为电动汽车的行程依赖于可充电电池2的电荷状态C，当作为能量消耗装置的音乐系统节约了用于放大要输出的音频信号SA的电流IAudio时，行程增加。
在图5的实施例中，控制单元120可以连接多个音频信号源130、140。通过接口或网络连接的数据库130，DB可允许选择和输出作为音频信号SA的音频文件。相比之下，接收设备140，RX可设计成用于音频接收，特别是通过无线电。接收设备140，RX可具有UHF接收机或DAB接收器或类似。
图5a显示具有分析单元121和数字和/或模拟滤波器125的控制设备120的一个实施例。电能可以借助滤波器125的过滤自音频信号SA取得。滤波器125可具有作用于音频信号SA的高通滤波器或带通滤波器。这里的音频信号SA来自任何期望的源，诸如接收设备140，CD播放器或MP3播放器。在图5a的一个实施例中，滤波器125的截止频率fG可根据可充电电池2的电荷状态C和/或由导航单元5确定的剩余旅行时间/距离的函数来调整，其中可充电电池2和导航设备5如图5中示意性表示。
分析单元121可设计成分析来自输入单元4的信号SINP和/或来自可充电电池2的信号SAccu和/或来自导航单元5的信号SGPS。在图5a的示例性实施例中，来自输入单元4的信号SINP可由用户在触屏上输入的输入产生。来自可充电电池2的信号SAccu可基于可充电电池2的电压或电流预算产生并可取决于可充电电池2的电荷状态C。来自导航单元5的信号SGPS可被确定为例如已由导航单元5确定的剩余旅行时间或要旅行的距离的函数。
使用输入信号SINP、SAccu、SGPS，分析单元121可生成信号MN/MS用于控制正常模式MN和节能模式MS的激活或无效。此外，在图5a的一个实施例中，控制信号CfG可输出，以调整滤波器125的截止频率fG，其中滤波器125从输入信号SDB(来自数据库130)或输入信号SRX(来自接收单元140)中滤除低音部分B。控制可按照图3中示例性实施例借助LUT(查阅表)产生。可充电电池2的电荷状态C越低，截止频率fG可被设置成越高，因为频谱X(fSA)在低音部分B的低频消耗更多电能。此外，在图5的实施例中根据节能模式MS和/或阈值频率fG对于放大器和扬声器要针对低频率被关掉而作出规定。这里对于随时间缓慢改变的滤波器125的截止频率fG是听觉上有利的，例如借助定时器和/或作为可充电电池2的状态C随时间的函数。
图5b的一个实施例可以选择低功耗音乐标题。图5b的示例性实施例的控制单元120可具有分析单元122和选择单元126。可确定数据库130中每个音乐标题的能含量，并可在具有应用音乐片段的数据库130中存储相关能量值E。例如，能含量可借助于能量值的衡量被归类成从1到10。例如，E=1意味着具有小低音部分B的极低功率。这种音乐标题在可充电电池2处于临界低电荷状态C时也可以播放。能量值E=10意味着具有很大低音部分B的极高功率。这种音乐标题在临界电荷状态C下不播放。
如果用户正在从他的MP3数据库130收听内容，数据库130中标题的音频文件A1、A2、A3可允许输出或不作为可充电电池2的电荷状态C的函数，并在适用时，作为剩余旅行时间/距离的函数。在图5b的一个实施例中，关于允许性的决定可根据能量阈值thE作出。例如，能量值E低于能量阈值thE的来自数据库130的所有音频文件A1、A2、A3可通过查询Q(E)进行查询。阈值可以是thE＝5，所以，按照图4的实施例，只有第二音频文件A2和第三音频文件A3可被读出。与输出的查询Q(E)有关的音频文件A(Q)可以循环通过控制单元120，可选地进一步进行过滤，并可作为具有降低低音部分B的音频信号SA输出。图5a和图5b中的实施例可在控制单元120中互相结合，以实现最佳优势。
在图6中，输入单元4被示意性表示为触摸屏。触摸屏4被显示为具有图形用户界面与多个小部件。作为输入元件的第一图标41可允许激活只有低功率音乐的作品选择，其根据图2的示例性实施例只具有低于能量阈值thE的能量值E。第二图标42作为输入元件，可允许激活滤波器125的过滤，其可降低低音部分B。此外，消耗指示器43可被显示作为小部件，其例如以条形图形式表示能量消耗。同样地，小部件43可具有输入功能，这样用户可直接通过在特定位置触摸条43指定相关的能量消耗。
除了上述的减少能量消耗的可能性，可以减少音频信号SA的整个频谱X(fSA)的响度，以便进一步降低能耗。当可充电电池2的电荷状态C下降时，上限响度阈值可降低。阈值响度可与电荷状态C成比例地减少。如果能量形势非常紧急，则也可以完全取消音频播放，使得只有预定的音频内容（诸如广播交通报告、新闻、电话和导航通告）可作为音频信号SA输出。降低能耗的措施可以任何期望方式互相结合。能量消耗可根据滤波器设置和/或能量值E的函数来计算，并可馈送到电动汽车中的中央能量管理系统或行程信息。
本发明不限于图1至图6所示的实施例变形。例如，可以被提供来减少移动便携式设备的能量消耗，其中用户可通过输入例如预定消耗水平来调整消耗。音频文件的剩余播放时间然后显示给用户。以特别有利的方式，图5的设备1的功能性可以用于电动汽车。
附图标记列表
1                                 设备
101，102                          接口
110，AMP                          放大器
120                               控制单元
121，122                          分析单元
125                               滤波器
126                               选择单元
130，DB                           数据库
140，RX                           接收器
2，Accu                           储能设备，可充电电池
3                                 扬声器
4，Inp                            输入单元，触摸屏
41，42                            输入元件，小配件
43                                显示元件
5，GPS                            用于位置确定的单元，导航单元
A1、A2和A3                        音频文件
B                                 低音频率分量，低音部
C                                 电荷状态
E                                 能量值
est                               计算出的曲线
f                                 频率
fG1、fG2、fG3、fG4                阈值频率
IAUDIO                            电流
MN                      正常模式
MS                      省电模式
P                       电源
SA                      音频信号
SINP，SACCU，SGPS，SRX，信号
SDB，CfG，Q(E)，A(Q)
SubOff                  控制信号
thE                     能量阈值
X(fsA)，X(fA1)，X(fA2)，频率响应，频谱
X(fA3)

Claims (7)

1.一种用于播放音频信号(SA)的设备(1)，
具有第一接口(101)用于连接到储能设备(2)，
具有第二接口(102)用于连接到扬声器(3)，
具有可连接到第二接口(102)的放大器(110)，其中所述放大器(110)被配置成放大音频信号(SA)，其中所述放大器(110)可连接到所述储能设备(2)用于操作，
具有控制设备(120)，所述控制设备连接到所述第一接口(101)和所述放大器(110)，
其特征在于，
所述控制设备(120)被配置成运行正常模式(MN)和节能模式(MS)，其中在节能模式(MS)中所述储能设备(2)用于播放音频信号(SA)的电力消耗相比于正常模式(MN)减少，
所述控制设备(120)配置成，在节能模式(MS)下，减少音频信号(SA)的频谱(X(fSA))的低音频率分量(B)，并输出具有降低低音频率分量(B)的音频信号(SA)，
所述控制设备(120)配置成确定所述储能设备(2)的电荷状态(C)，
所述控制设备(120)配置成基于所述储能设备(2)的电荷状态(C)的降低来控制低音频率分量(B)的降低。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于
所述控制设备(120)可连接到其中存储音频文件(A1，A2，A3)的数据库(130)，
对于每个音频文件(A1，A2，A3)将能量值(E1，E2，E3)存储在所述数据库中，其中所述能量值(E1，E2，E3)基于音频文件(A1，A2，A3)的频谱(X(fA1)，X(fA2)，X(fA3))的低音频率分量(B)，
所述控制设备(120)配置成根据所述储能设备(2)的电荷状态(C)确定能量阈值(thE)，
为了控制低音频率分量(B)，所述控制设备(120)配置成根据音频文件(A1，A2，A3)的相关能量输出值(E1，E2，E3)并基于能量阈值(thE)确定要输出的音频文件(A1，A2，A3)，并输出该音频文件(A1，A2，A3)作为音频信号(SA)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于
所述控制设备(120)配置成通过数字或模拟滤波器(125)过滤要输出的音频信号(SA)，以降低低音频率分量(B)。
4.根据权利要求3所述的设备(1)，其特征在于
所述控制设备(120)配置成根据储能设备(2)的电荷状态(C)确定滤波器(125)的阈值频率(fG1，fG2，fG3，fG4)。
5.根据权利要求1中所述的设备(1)，其特征在于
所述控制设备(120)配置成根据电荷状态(C)和到目的地的特定距离的距离控制低音频率分量(B)的降低。
6.根据权利要求1中所述的设备(1)，其特征在于
所述控制设备(120)配置成根据输入单元(4)的输入激活节能模式(MS)。
7.一种用于控制由储能设备(2)供电的设备对音频信号(SA)的播放的方法，包括下列步骤：
使正常模式(MN)无效并激活节能模式(MS)，其中所述储能设备(2)用于播放所述音频信号(SA)的功率消耗在节能模式(MS)下相比于正常模式(MN)减少，
在节能模式(MS)中减少所述音频信号(SA)的频谱(X(fSA))的低音频率分量(B)，并输出具有降低低音频率分量(B)的音频信号(SA)，
确定所述储能设备(2)的电荷状态(C)，以及
基于所述储能设备(2)的电荷状态(C)的降低来控制低音频率分量(B)的降低。
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