DE69624091T2

DE69624091T2 - Audiosignalwiedergabegerät

Info

Publication number: DE69624091T2
Application number: DE69624091T
Authority: DE
Inventors: Christopher Bird
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2016-06-29
Also published as: EP0793896A1; US5784476A; DE69624091D1; KR970705916A; TW310501B; WO1997002719A1; JP3639598B2; GB9513419D0; EP0793896B1; JPH10505734A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Wiedergeben eines Audiosignals.
Moderne Tonquellen mit hoher Qualität, wie Compact-Disc (CD), Mini-Disc (MD), digitale Compact-Kassette (DCC), digitales Audioband (DAT) und der demnächst einzuführende Digital-Audio-Rundfunk (DAB) sind von hoher Qualität und haben einen großen dynamischen Bereich. In einer stillen Hörumgebung ist ein großer dynamischer Bereich erwünscht, da dies die realistische Wiedergabe von Musik, wie einer orchestralen Symphonie, die lautstarke und sehr leise Teile kennt, ermöglicht. In einer geräuschstarken Umgebung aber verursachen die Hintergrundgeräusche ein wesentliches Problem, indem für leise Stellen die Lautstärker der Musik derart hochgedreht werden muss, dass diese leisen Stellen hörbar werden. Dies führt dazu, dass die lautstarken Stellen kurze Zeit ohrenbetäubend sind. Wenn dagegen die Lautstärke derart eingestellt ist, dass die lautstarken Stellen auf einem akzeptierbaren Pegel wiedergegeben werden, sind die leisen Stellen der Musik nicht hörbar. Ein Beispiel eines derartigen geräuschstarken Hintergrundes ist in einem Kraftwagen, wo es eine Anzahl Hintergrundgeräuschquellen gibt, die beträchtlich sind, wie das Geräusch der Reifen und das Windgeräusch, insbesondere bei relativ hoher Fahrgeschwindigkeit. Der Fahrer muss dazu im Laufe des Musikstücks oft von Hand die Lautstärke ändern. Dies ist nicht nur störend für den Fahrer und beeinträchtigt nicht nur den Hörspaß, sondern es lenkt auch die Aufmerksamkeit des Fahrers von der Straße ab, was deutlich die Sicherheit beeinträchtigt, insbesondere bei hoher Fahrgeschwindigkeit.
Eine Lösung dieses Problems ist eine Geradeaus-Kompression des Signals vor der Verstärkung. Dies kann den Pegel der leisen Stellen steigern und den der lauten Stellen reduzieren. Dadurch entfällt die Anforderung, die Lautstärkeregelung oft zu betätigen, oder sie wird wenigstens im Wesentlich verringert, aber dadurch fällt auch einer der Vorteile der modernen Tonwiedergabesysteme hoher Qualität, und zwar, den großen dynamischen Bereich, ab.
Der heutige Stand der Technik ist US-A-5018205, worin ein automatischer Lautstärke-Kompensator beschrieben wird, vorgesehen in einer Tonwiedergabeanordnung in einem Fahrzeug, wobei der Tonpegel kompensiert wird zum Wiedergeben einer Tonquelle mit der hohen Wiedergabetreue, beabsichtigt durch den Hersteller der Tonquelle. Der Pegel des Tonfrequenzdruckes wird gegenüber einem mittleren Bereich der Tonfrequenz bei einem Tonpegel niedriger oder höher als ein Bezugstonpegel gesteigert bzw. verringert. Der Pegel des Tonfrequenzdruckes wird immer auf Basis des Geräusches, das durch die Verlagerung des Fahrzeugs verursacht wird, sowie auf Basis der akustischen Charakteristik der Kabine des Fahrzeugs eingestellt.
EP-A-654 954 beschreibt das selektive Komprimieren des einem Lautsprecher angebotenen Signals auf Basis der Lautstärkeregelung für den von dem Lautsprecher zu erzeugenden Tonpegel, wodurch die Verständlichkeit der menschlichen Stimme aus einem Lautsprecher bei hohen Lautstärkepegeln verbessert wird. Kompression des Signals zu dem Lautsprecher vermeidet, dass der Lautsprecher überlastet wird. Der Kompressionspegel kann auf Basis der Lautstärkeregelung geregelt werden. Die Amplitude des einem Lautsprecher zugeführten Audiosignals kann erhöht werden, wenn sie sich unterhalb eines vorbestimmten Schwenkpunktes befindet und kann erhöht werden, wenn sie über diesem Punkt liegt. Das Ausmaß der Erhöhung bzw. der Verringerung der Amplitude kann zu der Differenz zwischen der Amplitude des Audiosignals und des Schwenkpunktes proportional sein. Diese Differenz kann auch mit einem Formfaktor potenziert um den Grad der Steigerung oder der Verringerung der Amplitude des Audiosignals zu bestimmen.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Wiedergabe von Audio-Signalen zu schaffen, wobei die Notwendigkeit, beim Zuhören einer Tonquelle mit einem großen dynamischen Bereich, oft die Verstärkung (Lautstärkeregelung) nachzuregeln, verringert ist.
Die vorliegende Erfindung schafft dazu ein Gerät zum Wiedergeben von Audio-Signalen, das die nachfolgenden Elemente umfasst:
- Eingangsmittel zum Empfangen eines Eingangs-Audiosignals;
- Verstärkungsmittel;
- Überwachungsmittel zum Überwachen der Amplitude des Eingangs-Audiosignals; und
- Verstärkungssteuermittel zur Steuerung der Verstärkung der Verstärkungsmittel in Reaktion auf die Amplitude des Eingangs-Audiosignals; mit dem Kennzeichen, dass die Überwachungsmittel dazu vorgesehen sind, zu Bestimmen, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt die Amplitude des Eingangs-Audiosignals einen ersten Presetwert überschreitet, einen zweiten Presetwert unterschreitet, oder zwischen dem ersten und dem zweiten Presetwert liegt; und dass die Verstärkungssteuermittel Reagieren auf die Überwachungsmittel, die dafür sorgen, dass die Verstärkung der Verstärkungsmittel auf einen ersten Wert gesetzt wird, wenn das Eingangs-Audiosignal während wenigstens einer bestimmten Zeitperiode den ersten Presetwert überschreitet, auf einen zweiten Wert gesetzt wird, wenn das Eingangs-Audiosignal wenigstens während der gegebenen Zeitperiode zwischen den beiden Presetwerten liegt, und auf einen dritten Wert gesetzt wird, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals wenigstens während der gegebenen Zeitperiode unterhalb des zweiten Presetwertes bleibt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass ein selbsteinstellendes Lautstärkeregelsystem geschaffen wird, das einen viel geringeren Effekt auf den empfundenen dynamischen Bereich des wiedergegebenen Schalles hat als andere mögliche Annäherungen. Es findet spezielle Anwendung bei Kraftwagen-Unterhaltungsprodukten, da es sich dabei um eine besonders lautstarke Umgebung handelt. Sie ist aber überhaupt nicht auf die Anwendung bei Kraftwagen-Unterhaltungssystemen geschränkt, und es ist ebenfalls möglich, die vorliegende Erfindung bei jedem beliebigen Audio-System anzuwenden, das in einer geräuschstarken Umgebung verwendet wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der empfundene dynamische Bereich einer wiedergegebenen Musikstelle durch den Bereich der Übergangssignale wesentlich beeinträchtigt wird und dass die länger dauernden lautstarken und leisen Passagen in Amplitudentermen nicht so weit auseinander zu liegen brauchen, wenn der Übergang von der einen in die andere Passage passiert ist.
Wenn das Eingangs-Audiosignal in digitaler Form ist, können die Überwachungsmittel eine digitale Vergleichsschaltung aufweisen, die ein erstes Ausgangssteuersignal liefert, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals über dem ersten Preset-Wert liegt, ein zweites Ausgangssteuersignal liefert, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals zwischen dem ersten und dem zweiten Wert liegt, und ein drittes Ausgangssteuersignal liefert, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals unter dem zweiten Presetwert liegt.
Das Gerät kann einen Multiplizierer enthalten, dessen erstem Eingang das Eingangs-Audiosignal zugeführt wird und dessen zweitem Eingang das erste, zweite und dritte Ausgangssteuersignal zugeführt wird, wobei der Ausgang des Multiplizierers mit den Audio-Ausgangsmitteln gekoppelt ist.
Die bestimmte Periode kann zwischen einer und fünf Sekunden liegen. Die wirklich gewählte Zeit wird abhängig sein von den Vorzügen des Benutzers und soll lang genug sein um zu gewährleisten, das kurze, laute Musikstöße ungedämpft durch das Gerät hindurch gehen, dass aber "zu laute" oder "zu leise" Passagen nicht so lange Zeit dauern, dass es für den Zuhörer eine Qual ist, jeweils die Lautstärke nachzuregeln.
Für eine leise Passage, die während der gegebenen Zeitperiode dauert, kann die Verstärkung am Anfang der leisen Passage auf den dritten Wert eingestellt werden. Auf diese Art und Weise kann es geregelt werden, dass der Zuhörer den Anfang einer leisen Passage nicht verpasst oder wenigstens, dass die Länge der Passage, die unhörbar sein könnte, kürzer ist als die gegebene Zeit. Folglich kann ein kürzeres, aber nicht Null-Intervall angewandt werden, bevor die Verstärkung zunimmt um zu gewährleisten, dass der völlige Übergangseffekt als eine Alternative reserviert wird zur Steigerung der Verstärkung, sobald die "zu leise" Schwelle erreicht wird.
Es können mehr als zwei Preset-Pegel und eine entsprechende Anzahl Verstärkungsfaktoren vorgesehen werden. Auf diese Art und Weise kann eine kleinere Verstärkungsreduktion (oder größere Faktoren) angewandt werden, wenn das Eingangssignal marginal über (oder unter) der "zu lauten" (oder "zu leisen") Schwelle leigt als wenn es weit über (oder unter) diesen Schwellen liegt.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Kraftwagen-Unterhaltungssystem mit einem derartigen Audio-Signal-Wiedergabegerät. Dies ist eine wesentliche Applikation der vorliegenden Erfindung und eine, wobei diese auf besonders vorteilhafte Art und Weise angewandt werden kann um die Sicherheitsprobleme, die mit häufigen handmäßigen Nachregelungen der Lautstärke durch den fahren bei hoher Fahrgeschwindigkeit einhergehen, wenn die von dem Kraftwagen erzeugten Hintergrundgeräusche besonders laut sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Geräts zum Wiedergeben von Audio-Signalen nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 Eine ähnliche AVR-Schaltung zur Verwendung in dem Gerät nach Fig. 1,
Fig. 3 ein von der Schaltungsanordnung nach. Fig. 1 erzeugtes Ausgangs-Audiosignal, entsprechend einem typischen Audio-Eingangssignal,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer digitalen AVR-Schaltung zur Verwendung in dem Gerät nach Fig. 1,
Fig. 5 eine größere Einzelheit einer ersten Ausführungsform der AVR- Schaltung nach Fig. 4,
Fig. 6 eine Darstellung der Wirkung einer digitalen AVR-Schaltung an einem typischen Tonpaket, und
Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der AVR-Schaltung nach Fig. 4.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst das Gerät zum Wiedergeben von Audio-Signalen eine Anzahl Audio-Quellen 1-1 bis 1-N. Diese Quellen können beispielsweise ein Rundfunk-Tuner, ein DCC-Spieler, ein DAT-Spieler, oder ein CD- Spieler sein. Die Ausgangssignale dieser Quellen werden einer Selektionsschaltung 2 zugeführt, welche die Selektion einer dieser Quellen ermöglicht. Ein Ausgangssignal der Selektionsschaltung 2 wird einer AVR-Schaltung 4 zugeführt, deren Ausgangssignal dem Eingang eines Verstärkers 6 zugeführt wird, der ein Audio-Ausgangsverstärker ist, dessen Ausgang einen Lautsprecher 7 betreibt.
Für ein analoges Eingangssignal könnte die AVR-Schaltung 4 und der Verstärker 6 implementiert werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird dem Eingang 40 ein von dem Ausgang 3 der Selektionsschaltung 2 hergeleitetes Eingangs-Audiosignal zugeführt, ebenso wie dem Eingang eines Verstärkers 41 und dem Eingang eines Amplitudenanalysators 42. Das Ausgangssignal des Amplitudenanalysators 42 wird über ein Tiefpassfilter 43 einem Steuereingang 44 des Verstärkers 41 zugeführt. Der Amplitudenanalysator 42 ist vorgesehen um zu detektieren, ob der Pegel des Eingangs-Audiosignals über dem ersten Preset-Pegel liegt, unter einem zweiten Preset-Pegel liegt oder zwischen dem ersten und dem zweiten Preset-Pegel liegt. Wenn die Amplitude über dem ersten Preset-Pegel liegt, verursacht dies, dass ein Steuersignal erzeugt wird, das wirksam ist zum Reduzieren der Verstärkung des Verstärkers 41. Wenn dagegen die Amplitude des Eingangs-Audiosignals unterhalb des zweiten Preset-Pegels liegt, dann sorgt die Amplitudensteuerschaltung 42 dafür, dass ein Steuersignal erzeugt wird, das wirksam ist zur Steigerung der Verstärkung des Verstärkers 41. Das Tiefpassfilter 43 ist vorhanden um zu vermeiden, dass die Verstärkung plötzlich ändert. Diese nicht plötzliche Lautstärkeänderung wird selbstverständlich bedeuten, dass der Anfang einer leisen Passage nach einer lautstarken Passage nicht verpasst wird, weil die Lautstärkeregelung eine Einstellung haben wird, bestimmt durch die unmittelbar vorhergehende Passage, wobei es sich entweder um eine niedrige Einstellung handelt, wenn die unmittelbar vorhergehende Passage eine lautstarke Passage ist oder eine Zwischeneinstellung, wenn die unmittelbar vorhergehende Passage zwischen dem ersten und dem zweiten Presetwert lag. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 ist die obere Linie das Eingangssignal zu der AVR-Anordnung am Eingang 40, während die untere Linie das an dem Ausgang des Verstärkers 41 erzeugte Ausgangssignal ist. Die obere Linie ist ein Signal, das typisch ist für dasjenige, was man in der klassischen Musik findet und zeigt eine lautstarke Passage, der eine leise Passage mit kurzen lauten Stößen folgt. Am Ende gibt es eine laute Passage. Die untere Linie zeigt die Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 41 (entsprechend dem Verstärker 6 in Fig. 1). Am Anfang der Passage liegt das Ausgangssignal gerade unter der "zu-laut-Schwelle", die durch die normale Einstellung der Lautstärkeregelung des Wiedergabegeräts bestimmt sein sollte. Wenn der leise Abschnitt startet, fällt die Lautstärke des Ausgangssignals unter die "zu-leise-Schwelle", und zwar wegen der Wirkung des Tiefpassfilters. Das heißt, es gibt eine Verzögerung bevor die Änderung in dem Ausgangssignal des Amplitudenanalysators 42 dem Steuereingang des Verstärkers 46 zugeführt wird, was abhängig ist von der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters 43. Der Anfang der leisen Passage geht dadurch in dem Hintergrundgeräusch des Kraftwagens verloren. Nach einer kurzen Verzögerung erreicht das Ausgangssignal den erforderlichen Pegel, wobei diese Verzögerung abhängig ist von den Merkmalen des Tiefpassfilters 43. Wegen der Wirkung des Tiefpassfilters gehen die zwei Übergänge durch das System, da die nur kurze Zeit dauernden Änderungen indem Ausgangssignal des Amplitudenanalysators 42 nicht durch das Filter 43 hindurch zu dem Steuereingang des Verstärkers 41 gehen. Dies ist erwünscht, das diese Übergänge oft ein unwichtiger Teil der Musik sind und hauptsächlich verantwortlich sind für den empfundenen dynamischen Bereich der Musik. Außerdem sind kurze laute Stöße für einen Zuhörer nicht so störend als länger andauernde laute Passagen. Am Ende des leisen Teils nimmt das Ausgangssignal hinter dem voreingestellten "zu Iaut"-Wert eine kurze Periode zu bevor die Reduktion in der Verstärkung funktioniert, auch hier wieder abhängig von der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters. Es soll selbstverständlich ein Kompromiss geschlossen werden bei der Selektion der Zeitkonstanten der AVR-Schaltung. Wenn sie zu kurz ist, werden die wichtigen Übergänge gedämpft und wenn sie zu lange dauert, wird der Anfang langer lautstarker oder leiser Passagen außerhalb der "zu-laut"- bzw. der "zu-leise"-Schwelle liegen, und zwar eine Periode, die für den Zuhörer störend ist.
Es ist selbstverständlich durchaus möglich mehr als zwei Schwellenwerte zu haben und eine entsprechende Anzahl Verstärkungsmultiplizierer. Dies kann mit Hilfe einer Anzahl Vergleichsschaltungen erzielt werden, die es ermöglichen, dass Schwellen mehrerer Amplituden bestimmt werden.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer AVR-Schaltung zur Verwendung, wenn das Eingangs-Audiosignal in digitaler Form ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Eingang 50, der ein digitales Audiosignal von dem Ausgang 3 des Selektors 2 empfängt, mit einer Verzögerungsschaltung 54 und ebenfalls mit dem Eingang eines Amplitudenanalysators 52 verbunden. Der Ausgang des Amplitudenanalysators 52 ist mit einem ersten Eingang einer Multiplizierschaltung 55 verbunden, während der Ausgang der Verzögerungsschaltung 54 einem zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 55 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 55 wird einem Digital-Analogwandler 56 zugeführt, dessen Ausgang mit dem in Fig. 1 dargestellten Verstärker 6 verbunden ist.
Im Betrieb ist der Amplitudenanalysator 52 dazu vorgesehen, zu detektieren, ob die Eingangs-Audioabtastwerte ggf. über einem ersten Schwellenwert liegen, unter einem zweiten Schwellenwert liegen oder zwischen den beiden Schwellenwerten liegen. Der Amplitudenanalysator 52 detektiert ebenfalls die Zeitperiode, für die diese Umstände gelten. Die Verzögerungsschaltung 54 entspricht der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters 43 und verzögert die Eingangsabtastwerte, die dem Multiplizierer 55 zugeführt werden, um eine Periode, die der Zeit entspricht, die der Amplitudenanalysator 52 braucht um zu ermitteln, ob die Eingangsabtastwerte ggf innerhalb der gegebenen Bereiche liegen, und wie lange. Folglich wird in Termen der Charakteristiken aus Fig. 3 das Ausgangssignal des Amplitudenanalysators 52 dem Multiplizierer 55 während der ersten lautstarken Passage des Eingangssignals einen ersten Multiplizierfaktor zuführen. Dieser Multiplizierfaktor wird kleiner sein als Eins, so dass das Ausgangssignal des Multiplizierers eine gedämpfte Version des Eingangssignals ist um zu gewährleisten, dass dieses Signal unter der "zu laut"-Schwelle bleibt. Wenn die lautstarke Passage endet und die leise Passage startet, wird der Amplitudendetektor 52 detektieren, dass das Eingangssignal unter den zweiten Schwellenwert gesunken ist. Dies wird dafür sorgen, dass der dem Multiplizierer 55 zugeführte Multiplizierfaktor bis über Eins ansteigt. Wegen der Wirkung der Verzögerungsschaltung 54 ist es möglich, einen Unterschuss der "zu leise"-Schwelle zu vermeiden, da die Verstärkung des Multiplizierers effektiv geändert werden kann zu dem Zeitpunkt, wo die Kreuzung mit der "zu leise"-Schwelle stattfinden würde. Dies ist wegen der Wirkung der Verzögerungsschaltung 54 beim Verzögern der Eingabe der Audio- Abtastwerte zu dem Multiplizierer bis, nachdem die Verstärkung des Multiplizierers durch die Amplitudenanalysierschaltung 52 bestimmt worden ist. Die Amplitudenanalysierschaltung 52 erfordert aber, dass die Schwellen eine bestimmte Periode überschritten werden. Folglich ist es, obschon die Änderung von einer ständig lauten Passage zu einer ständig leisen Passage augenblicklich beim Übergang effektuiert werden kann, dennoch möglich zu erlauben, dass kurze Stöße ungeändert durchgelassen werden, da der Ausgang der Amplitudenanalysierschaltung 52 nicht ändern wird, es sei denn, dass die Schwelle eine bestimmte Zeitperiode überschritten wird. Es ist selbstverständlich möglich, die Charakteristik auf jede gewünschte Art und Weise zuzuschneiden. Das heißt, die Länge der Zeit, in der die Schwelle, entweder zu laut oder zu leise, überschritten werden soll, bevor eine Änderung in der Verstärkung angegeben wird, kann auf jeden gewünschten erforderlichen Wert gesetzt werden. Auch kann jede gewünschte Verzögerung nach einem Übergang eingeführt werden, so dass für einen Übergang zu einer zu leisen Passage nach einer zu lauten Passage der erste Teil der leisen Passage verloren gehen kann zur Anhebung des Effektes des übergehenden Übergangs zwischen den beiden Passagen.
Es ist selbstverständlich möglich, dass der Amplitudenanalysator 52 mehr als zwei Schwellen setzt und geeignete Multiplizierfaktoren für den Multiplizierer 55 erzeugt, je nach den Amplitudenbereichen des zugeführten Eingangssignals.
Eine Implementierung der digitalen Version der AVR-Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Digitale Daten von dem Ausgang 3 des Selektors 2 werden dem Eingang 50 zugeführt, von wo sie einem Eingang des Amplitudenanalysators 52 sowie einem Quelle-Datenverzögerungs-RAM 57 (d. h. Audio-Abtastwerte) zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Amplitudenanalysators 52 wird einem Lautstärke- Datenverzögerungs-RAM 58 (d. h. Einstellung der Lautstärheregelung) zugeführt. Das Ausgangssignal des RAMs 57 und des RAMs 58 wird einem ersten bzw. zweiten Eingang des Multiplizierers 55 zugeführt.
Die Wirkung dieser Anordnung ist nun wie folgt:
Jede Stelle innerhalb des RAMs speichert einen einzigen Quelle- Abtastwert (Audio) in dem Quelle-Datenverzögerungs-RAM 57 und ein Lautstärke- Datensteuerbyte, das durch den Amplitudenanalysator 52 in dem RAM 58 berechnet worden ist. Damit es möglich ist, zurückzusehen, um die Länge der berechneten Änderungen in der Lautstärkeregelung zu messen, hat der Amplitudenanalysator 52 einen direkten Zugriff auf Daten, die bereits in dem RAM 58 drin sind. An dem Ausgang des Verzögerungs-RAMs werden die verzögerten Daten- und Lautstärkeinformationen dem Multiplizierer 55 zugeführt. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 55 wird dem Digital-Analogwandler 56 zugeführt, wo es in ein analoges Signal zur Zuführung zu dem Eingang des Ausgangsverstärkers 6 umgewandelt wird.
Die detaillierte Wirkung der Schaltungsanordnung wird dadurch näher erläutert, dass das Amplitudenprofil eines Musikpassage betrachtet wird, wo die Mehrheit der Passagen innerhalb der minimalen und maximalen Pegel liegen, wo aber die Passage ebenfalls einen langen lauten Teil und einen kurzen übergehenden lauten Teil aufweist. In dem Amplitudenprofil aus Fig. 6 dauert der lange laute Teil 7 Abtastwerte, wonach ein kurzer lauter Übergang von 3 Abtastwerten folgt. In diesem Beispiel ist die Zeitschwelle, die einen langen Teil von einem Übergang unterscheidet, 4 Abtastwerte lang. Der erste laute Teil sollte deswegen gedämpft werden und der zweite sollte ungeändert durchgelassen werden. Es sei bemerkt, dass die Längen der Teile nicht nur zur Erläuterung spezifiziert sind und im Wesentlichen nicht typisch sind. Normalerweise würde die Zeitschwelle von der Größenordnung einiger Sekunden sein, sagen wir, 2 Sekunden, was bei einer Datenrate von 44 Kilosample eine Schwellenannäherung von 100 Kilosamples ergeben würde. Wenn Daten von der Quelle gesendet werden, misst der Amplitudenanalysator 52 die Signalamplitude und berechnet, ob eine Änderung in der Lautstärkeregelung für diesen betreffenden Abtastwert erforderlich wäre und welche die neue Position der Lautstärkeregelung wäre. Der Multiplizierfaktor wird beispielsweise 0,5, 1,0 und 1,5 duantisiert, wobei der mittlere Wert die mittlere Position der Zuhörlautstärkeregelung ergeben würde. Die Quelle-Daten für diesen Abtastwert werden an der ersten Stelle des RAM- Schieberegisters 58 geschrieben. Zweck diesen Teils der Beschreibung wird vorausgesetzt, dass eine Verzögerung von einem RAM geschaffen wird, der konfiguriert ist um als Schieberegister zu Funktionieren. Die detaillierte Implennentierung unter Verwendung eines RAMs wird nachher noch näher betrachtet.
In der in Fig. 6 dargestellten Musikpassage unternimmt der Amplitudenanalysator 52 keine weitere Aktion für die erste Reihe von Abtastwerten, wenn die Amplitude innerhalb der voreingestellten Grenzen liegt und die Abtastwerte in das Schieberegister eingeschrieben werden. Wenn der erste Abtastwert des Teils A eintrifft, detektiert der Amplitudenanalysator 52, dass die Lautstärkeregelung verringert werden soll um die ausgehende Lautstärke der Musik innerhalb der voreingestellten Grenzen zu halten. Der Analysator 52 berechnet, welche die Position der Lautstärkeregelung für diesen Abtastwert sein soll und schreibt diese Information in das Lautstärke-Datenschieberegister 57. Da es in dem Pegel der Lautstärkeregelung eine Änderung gegeben hat, stellt der Amplitudenanalysator 52 den internen Zähler zurück. Der Zähler wird benutzt zum Messen der Länge des lauten Teils. Für die nachfolgenden Abtastwerte des Teils A berechnet der Amplitudenanalysator, dass eine Änderung in der Lage der Lautstärkeregelung nicht erforderlich ist. Das heißt, die Lage der Lautstärkeregelung für die Dauer des Teils A ist dieselbe wie diejenige, die für den ersten Abtastwert in dem Teil A erforderlich ist. Für jeden Abtastwert in dem Teil A wird der Zähler erhöht. Wenn das Ende des Teils A erreicht wird, berechnet der Amplitudenanalysator 52, dass die Lage der Lautstärkeregelung für den ersten Abtastwert hinter dem Teil A die mittlere Lage der Lautstärkeregelung sein kann. Da es in der Lage der Lautstärkeregelung eine Änderung gegeben hat, benutzt der Amplitudenanalysator 52 den Inhalt des internen Zählers zum Berechnen der Länge des lauten Teils, der gerade geendet hat. Wenn die Länge des lauten Teils länger ist als die Schwellenzeit unternimmt der Amplitudenanalysator 52 keine weitere Aktion. Dies ist der Fall für den Teil A, da dieser 7 Abtastwerte lang ist und die Schwelle auf 4 Abtastwerte gesetzt ist.
Derselbe Prozess wird für den Teil B wiederholt, diesmal aber gibt am Ende des Teils der interne Zähler an, der die Länge des aktuellen lauten Teils überwacht, dass die Länge des Teils B kleiner ist las die Zeitschwelle. Der Amplitudenanalysator 52 identifiziert deswegen den Teil B als einen kurzen Übergang, für den die Lage der Lautstärkeregelung nicht geändert werden soll. Der Amplitudenanalysator 52 benutzt den Zählerwert um zu berechnen, wo der erste Abtastwert des Teils B in das Schieberegister hinein verlagert worden ist und löscht die Änderungsdaten der Lautstärkeregelung aus diesem Abtastwert. Offenbar ist es nicht notwendig, bis an das Ende einer langen lauten oder leisen Passage zu warten, um zu bestimmen, ob es länger ist als die vorbestimmte Zeit, da der Zähler selbst angeben wird, dass diese Zeit vergangen ist. Dadurch ist es nur notwendig zu ermitteln, dass jeder Pegel oder jede leise Passage kürzer ist als die vorbestimmte Zeit und jede Lautstärkeänderung in diesem speziellen Fall verbietet.
Am Ausgang der Schieberegisterverzögerungsschaltung geschieht Folgendes:
Der erste Abtastwert des Teils A erreicht den Ausgang des Schieberegisters zusammen mit einer neuen Einstellung für die Lautstärkeregelung. Die Daten der Lautstärkeregelung werden einem Eingang des Multiplizierers zugeführt und gespeichert. Die Quellendaten von diesem und von nachfolgenden Abtastwerten werden mit dem gespeicherten Lautstärkeregelungsbyte multipliziert oder eventuelle von einem davon abgeleiteten Wert hergeleitet. Die Audioabtastwerte des Teils A werden mit dem Multiplizierfaktor multipliziert, der durch den Amplitudenanalysator 52 eingestellt worden ist, d. h. einem Faktor, der kleiner ist als Eins, und zwar zum Reduzieren deren Amplituden. In dem Multiplizierer 55 und das Ausgangssignal des Multiplizierers 55 wird dem DAC 46 mit der neuen reduzierten Lautstärke zugeführt, da der Multiplizierfaktor kleiner war als 1. Am Ende des Teils A wird ein Byte der mittleren Lautstärke empfangen und dieses wird in dem Multiplizierer 55 gespeichert. Die Abtastwerte zwischen dem Ende des Teils A und dem Start des Teils B werden dazu reproduziert, wobei die Lautstärkeregelung sich in der mittleren Einstellung befindet. Wenn der Teil B an dem Ausgang der Verzögerungsschaltung erscheint, gibt es kein Änderungsbyte der Lautstärkeregelung, so dass der Übergang ungeändert durchgelassen wird. Der Teil B wird deswegen auf einem Pegel über der "zu laut"-Schwelle wiedergegeben. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass der lange Teil A gedämpft worden ist um dessen Pegel in den gewünschten Bereich zwischen den beiden Schwellenwerten zu bringen, während der Teil B detektiert worden ist als ein kurzer Übergang und Erlaubnis hat, ungedämpft hindurchzugehen.
In den obenstehenden Beschreibungen sind die Teile A und B als laute Teile bezeichnet worden, es könnten selbstverständlich auch leise Teile sein, die unterhalb der "zu leisen" Schwelle erzeugt worden sind. In diesem Fall würden die Daten der Lautstärkeregelung einen Multiplizierfaktor erzeugen der größer ist als Eins, beispielsweise 1,5.
Die genauen Werte für die Multiplizierfaktoren, die dem Multiplizierer 55 zugeführt werden, können empirisch ermittelt werden und können durchaus abhängig sein von den "zu laut" und "zu leise" Schwellen. Es können mehr als zwei Schwellen angewandt werden, so dass Geräusche, die marginal zu laut wären, durch weniger äls diejenigen, die extrem zu laut sein würden. Die Anzahl Schwellen ist beliebig, aber je größer die Anzahl Schwellen, umso komplexer sollt der Amplitudenanalysator 52 sein.
Die Beschreibung anhand der Fig. 5 und 6 beabsichtigt eine Verzögerung um einige Sekunden. Eine derartige Verzögerung würde normalerweise unter Verwendung eines langen Schieberegisters verwirklicht werden. In der anhand der Fig. 5 und 6 beschriebenen Ausführungsform aber soll der Amplitudenanalysator 52 imstande sein, Daten zu ändern, die sich bereits in dem Schieberegister befinden. Was folglich erforderlich ist, ist eine Schieberegisterfunktion, die eine Adressierung mit beliebigem Zugriff erlaubt.
Fig. 7 zeigt, wie dies unter Verwendung eines RAMs verwirklicht werden kann. Auf den RAM 70 wird mit zwei Adressgeneratoren 71 und 72 zugegriffen. Der erste Adressgenerator 71 ist zum Einschreiben der Daten in den RAM 70, während der zweite Adressgenerator 72 zum Auslesen der Daten aus dem RAM dient. Die Audio-Abtastwerte werden dem RAM 70 über einen Bus 73 zugeführt, der ebenfalls mit dem ersten Eingang des Multiplizierers 45 verbunden ist, so dass Audio-Abtastwerte in den Verzögerungs-RAM 70 eingeschrieben werden können, und zwar unter Ansteuerung des Schreib-Adressgenerators 71 und aus dem Verzögerungs-RAM 70 ausgelesen werden können und dem Multiplizierer 55 unter Ansteuerung des Auslese- Adressgenerators 72 zugeführt werden. Auf gleiche Weise werden die Lautstärkeregelungsdaten von dem Amplitudenanalysator 52 über den Bus 74 dem Lautstärkeregelungsverzögerungs-RAM zugeführt und in den RAM 70 eingeschrieben, und zwar unter Ansteuerung des Schreib-Adressgenerators 71 und aus dem RAM 70 ausgelesen unter Ansteuerung des Auslese-Adressgenerators 72 und über den Bus 74 dem zweiten Eingang des Multiplizierers 55 zugeführt.
Wie in Fig. 7 dargestellt, greift der Auslese-Adressgenerator auf das Byte N ein, wenn der Schreib-Adressgenerator auf das Byte N-1 zugreift. Die Adress- Generatoren werden für jeden Audio-Abtastwert um Eins erhöht und allen Einsen folgen alle Nullen. Auf diese Art und Weise werden die in die Adresse N-1 eingeschriebenen Daten erst nach Ablauf einer Zeit t gleich der RAM-Länge multipliziert mit der Anzahl Abtastwerte je Sekunde ausgelesen. Da die Verzögerung durch einen RÄM verwirklicht wird, kann der Amplitudenanalysator 52 einen Lautstärkemerker am Anfang des aktuellen Teils setzen, und zwar einfach dadurch, dass der Schreibadresse ein Offset hinzugefügt wird. Der Offset ist der Wert, der sich in dem internen Zähler des Amplitudenanalysators befindet.
Die Schwellenpegel für zu laut und zu leise könnten durch den Hersteller voreingestellt werden, aber auf alternative Weise könnten sie durch den Zuhörer eingestellt werden, und zwar durch Betätigung einer Regelknopfes. Die Schwellen zu laut und zu leise können als eine eingestellt Proportion der Einstellung eines normalen Lautstärkeregelknopfes, sie können aber auch gewünschtenfalls unabhängig von der Einstellung der Lautstärkeregelung sein. Auf diese Weise kann ein fester normaler dynamischer Bereich spezifiziert werden mit Hilfe der Schwellen zu laut und zu leise, wobei die Übergänge selbstverständlich diese Schwellen überschreiten, während der mittlere Gesamthörpegel durch eine normale Lautstärkeregelung bestimmt werden kann, die auf einen analogen Verstärker einwirkt, nachdem die Schwellenwirkung stattgefunden hat. Auf alternative Weise könnte der Grad der Kompression abhängig sein von der Einstellung der Lautstärkeregelung, wodurch also die zu leise Schwelle als eine Proportion des gesamten Signalbereichs angehoben wird, wenn die Lautstärkeregelung auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt wird, und die zu laute Schwelle als eine Proportion des gesamten Signalbereichs gedämpft wird, wenn die Lautstärkeregelung auf einen relativ hohen Wert gesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass eine Musikquelle mit einer hohen Qualität in einer relativ lautstarken Umgebung angehört werden kann, ohne dass dabei ständig von Hand nachgeregelt werden muss. Quellen, wie eine CD oder eine DCC, haben einen derart hohen dynamischen Bereich, dass die leisen Teile oft zu leise sind um über dem Umgebungslärm in einem Kraftfahrzeug hinaus gehört zu werden. Wenn aber die Lautstärke hochgedreht wird um diese leisen Teile zu hören, werden die lauten Teile zu laut. Eine Geradeaus-Annäherung, wie Kompression, beeinträchtigt die Musik. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es aber, dass die Übergänge durchgelassen werden, so dass der von dem Zuhörer empfundene dynamische Bereich viel größer ist als der, der mit einer Geradeaus-Kompression des Musikbereichs erzielt wird.
Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung dürften dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Wiedergabeanordnungen für Audio-Signale bereits bekannt und statt der oder zusätzlich zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.
Oben wurde bereits erwähnt, dass die Zeichnung durch Beispiele von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur erläuternd ist und dass zur Vermeidung eines Missverständnisses weiterhin an dieser Stelle erwähnt wird, dass in den nachfolgenden Patentansprüchen, wo in einem dieser Ansprüche technische Merkmale erwähnt werden, denen Bezugszeichen folgen, die sich auf diese Merkmale in der Zeichnung beziehen und eingeklammert sind, diese Bezugszeichen entsprechend der Regel 29 (7) EPC zum besseren Verständnis des Anspruchs durch Bezugnahme auf ein Beispiel eingefügt worden sind.

Claims

1. Gerät zum Wiedergeben von Audio-Signalen, das die nachfolgenden Elemente umfasst:

- Eingangsmittel (40; 50) zum Empfangen eines Eingangs-Audiosignals;

- Verstärkungsmittel (41; 6);

- Überwachungsmittel (42; 52) zum Überwachen der Amplitude des Eingangs- Audiosignals; und

- Verstärkungssteuermittel (44; 55) zur Steuerung der Verstärkung der Verstärkungsmittel (41; 6) in Reaktion auf die Amplitude des Eingangs-Audiosignals; dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsmittel dazu vorgesehen sind, zu Bestimmen, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt die Amplitude des Eingangs-Audiosignals einen ersten Presetwert überschreitet, einen zweiten Presetwert unterschreitet, oder zwischen dem ersten und dem zweiten Presetwert liegt; und dass die Verstärkungssteuermittel (44; 55) auf die Überwachungsmittel (42; 52) reagieren, die dafür sorgen, dass die Verstärkung der Verstärkungsmittel (41; 6) auf einen ersten Wert gesetzt wird, wenn das Eingangs-Audiosignal während wenigstens einer bestimmten Zeitperiode den ersten Presetwert überschreitet, auf einen zweiten Wert gesetzt wird, wenn das Eingangs- Audiosignal wenigstens während der gegebenen Zeitperiode zwischen den beiden Presetwerten liegt, und auf einen dritten Wert gesetzt wird, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals wenigstens während der gegebenen Zeitperiode unterhalb des zweiten Presetwertes bleibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das Eingangs-Audiosignal in digitaler Form vorliegt, wobei die Überwachungsmittel (52) eine digitale Vergleichsschaltung aufweisen, die ein erstes Ausgangssteuersignal schaffen, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals einen ersten Presetwert überschreitet, ein zweites Ausgangssteuersignal schaffen, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals zwischen dem ersten und dem zweiten Presetwert liegt und ein drittes Ausgangssteuersignal schaffen, wenn die Amplitude des Eingangs-Audiosignals unterhalb des zweiten Presetwertes liegt.

3. Gerät nach Anspruch 2 mit einer Multiplizierschaltung (55) mit einem ersten Eingang, der das Eingangs-Audiosignal zugeführt wird, und mit einem zweiten Eingang, dem das erste, das zweite und das dritte Ausgangssteuersignal zugeführt wird, wobei der Ausgang des Multiplizierers mit den Audio-Ausgangsmitteln gekoppelt ist.

4. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die bestimmte Zeitperiode zwischen einer und fünf Sekunden liegt.

5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für eine leise Passage, die wenigstens die gegebene Zeitperiode dauert, am Anfang der leisen Passage die Verstärkung auf den dritten Wert gesetzt wird.

6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es mehr als nur zwei Presetpegel und eine entsprechende Anzahl verschiedener Verstärkungsfaktoren gibt.

7. Kraftwagen-Unterhaltungssystem mit einem. Gerät zum Wiedergeben von Audiosignalen nach einem der vorstehenden Ansprüche.