WO2012104329A1 - Headset und hörer - Google Patents

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analog
signal
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Martin Streitenberger
Hatem Foudhaili
André GRANDT
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    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication

Definitions

  • the present invention relates to a headset and a handset.
  • Headsets and handsets with an active noise compensation unit are well known.
  • the active noise compensation unit can be designed both analog and digital.
  • the microphones of a headset or a handset with an active noise compensation detect audio signals of different origin and with different levels.
  • the microphones detect, for example, background noise from external sound sources, the sound reproduced by the playback transducer, the useful sound and sound resulting from movements between the headset or headset and the user's head. Each of these sound events has a specific spectrum with a specific level distribution.
  • a handset having at least one microphone, an analog pre-emphasis filter for pre-equalization of the microphone signal, an AD converter for digitizing the output of the pre-emphasis filter, an active noise compensation unit for performing an active noise compensation based on the pre-equalized and digitized output of the microphone and for outputting an antinoise signal and a DA converter for performing an analog / digital conversion of the antinoise generated by the active noise compensation unit.
  • filter parameters of the emphasis filter for pre-equalizing the microphone signal are adapted to the maximum expected level of the audio signals detected by the microphone.
  • a headset having at least one microphone, an emphasis filter for pre-equalizing the microphone signal, a DA converter for digitizing the output of the emphasis filter, an active noise compensation unit for performing active noise compensation based on the pre-equalized and digitized output of the microphone and outputting a microphone Provided counter-noise signal and a DA converter for performing an analog / digital conversion of the counter noise generated by the active noise compensation unit.
  • the invention also relates to a method for controlling a handset having a microphone and an active noise compensation unit.
  • the microphone signal is pre-equalized by an analog pre-emphasis filter.
  • the output signal of the pre-emphasis filter is digitized.
  • Active noise compensation is performed based on the pre-equalized and digitized output signal of the microphone and a counter sound is output.
  • a digital / analog conversion of the antinoise generated by the active noise compensation unit is performed.
  • a digital pre-emphasis filter is provided between the active noise cancellation unit and the DA converter.
  • an analog pre-emphasis filter may be provided after the DA converter.
  • the invention relates to the idea that for each frequency in a noise spectrum different levels can be present, which can vary greatly from each other.
  • the counter-noise generated by the active noise compensation also has an irregular level distribution.
  • a preferably analog pre-equalized audio signal of digital signal processing of a digital active noise compensation is supplied in order to increase a usable overall dynamics can.
  • the input audio signal is subjected to pre-emphasis processing (analog pre-equalization). Subsequently, an analog / digital conversion takes place.
  • a digital pre-emphasis may be made. Analog and digital pre-emphasis processing has the advantage of increasing the usable dynamics of digital-to-analog conversion and analog-to-digital conversion, and of minimizing any resulting artifacts in the audible range.
  • the invention further relates to the idea of how digital noise compensation in a handset or headset can be improved. For example, if the power spectrum and / or the maximum levels are known in a noisy environment, then the filters of the pre-equalization can be adjusted accordingly.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a receiver or headset according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an active noise compensation system according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a block diagram of a receiver or a headset according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a block diagram of a receiver or a headset according to a fourth embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a receiver or headset according to a fifth embodiment
  • Fig. 7 shows a schematic block diagram of a listener or a
  • Headsets according to a sixth embodiment.
  • the headset has an input unit 10, for example with an audio input 1 1, a first microphone 12 and a second microphone 13.
  • the headset further comprises a pre-emphasis unit 20 which receives the signals of the input unit and performs pre-emphasis processing (pre-equalization). can lead.
  • the output signal of the pre-emphasis unit 20 is supplied to an AD converter 30, which performs an analog-to-digital conversion.
  • the output signal of the AD converter 30 is fed to an active noise compensation unit 40.
  • the output signal of the active noise compensation unit 40 is supplied to a digital pre-emphasis processing unit 60.
  • the output signal of the pre-emphasis processing unit 60 is converted digitally / analogously in a DA converter 50.
  • the output signal of the DA converter 50 may be supplied to an electroacoustic reproduction transducer 70 for output.
  • the noise compensation unit 40 may include one or more noise compensation filters 41, 42.
  • the pre-emphasis unit 20 may include a plurality of subunits for providing each input to the input unit 10 for pre-emphasis processing.
  • the pre-emphasis unit 20 performs analog pre-equalization. After the analog pre-equalization, the output signal of the pre-emphasis unit 20 in the AD converter is analog / digital converted.
  • the dynamics of the digital-to-analog converter 50 can be increased, and further, any artefacts that may be incurred can be reduced.
  • an analog pre-emphasis or pre-emphasis can be made.
  • a pre-emphasis according to the invention provides z. As an increase of high frequencies and a lowering of low frequencies during recording or transmitting a signal. The increase or decrease of the high and low frequencies is then reversed during playback or reception, so that a faithful transmission or recording or detection can take place.
  • a pre-emphasis causes an increase of the high frequencies and a lowering of the low frequencies.
  • An emphasis thus represents an intended change in the amplitude / frequency characteristic of an audio signal, for example in order to suppress the noise.
  • the digital pre-emphasis processing unit 60 may also be implemented as an analog pre-emphasis processing unit 60 and may be provided behind rather than before the DA converter 50.
  • analog pre-emphasis processing unit 60 would be directly connected to the electroacoustic reproduction transducer, ie, the analog pre-emphasis processing unit 60 is provided between the DA converter 50 and the electroacoustic reproduction transducer 70.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a digital active noise cancellation system for explaining the invention.
  • the sound x (t) detected by the microphone is digitized (Xd (n)) via an AD converter 30, subjected to active noise compensation (not shown in FIG. 2), and the counter sound y d (n ) is converted back into an analog signal y (t) by a DA converter 50.
  • Fig. 2 bottom left is the maximum occurring level at the input signal x (t) and right is the maximum occurring level of the counter sound y d shown.
  • the full scale of the quantization is shown. As can be seen on the lower left, the spectrum of the input signal x has a very variable course over the frequency.
  • the highest level to be expected should occupy the full scale of the transducer without overdriving. This is necessary so that the largest possible occurring amplitude can still be processed. On the other hand, this has the consequence that the signal-to-noise ratio SNR at other frequencies is worse than at the maximum deflection.
  • the signal-to-noise ratio SNR being 40 dB lower than possible. More specifically, this can result in a loss of 6 to 7 bits of resolution. This is undesirable in particular in view of the fact that the resolution of a DA converter and / or an AD converter is typically 12 to 24 bits.
  • the reduced signal-to-noise ratio can lead to acoustic noise and significantly disrupt the function of the active noise compensation.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an active noise compensation system according to a second embodiment.
  • the system comprises an input signal x (t), a first analog filter (input pre-emphasis filter) 20, an AD converter 30, a first digital filter (input deemphasefilter) 21, an audio processing unit (not further shown), a second digital filter (Output pre-emphasis filter) 60, a DA converter 50 and a second analog filter (output pre-emphasis filters) 61,
  • the first analog filter 20 comes with an appropriate design of the filter parameters to a balance of the maximum possible level on AD-converter.
  • the first and second digital filters 60 may be omitted.
  • the second digital filter 60 results in a more uniform spectral distribution of the maximum levels at the D / A converter.
  • the input and output signals to be processed by the AD and DAC converters have a better signal-to-noise ratio.
  • the filter parameters can be designed accordingly.
  • filters 20 and 60 change the transmission of the entire signal path.
  • a first digital filter 21 is provided behind the AD converter 30 and a second analog filter 61 is provided behind the DA converter 50, the first digital filter 21 providing a compensation filter (deemphasis, back equalization). with respect to the first analog filter 20, and the second analog filter 61 represents a balance filter (deemphasis) with respect to the second digital filter 60.
  • the signal-to-noise ratio can be improved less noise is heard.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a receiver or a headset according to a third exemplary embodiment.
  • the handset or the headset according to the third embodiment. Game can be based on a handset / headset according to the first or second embodiment.
  • the handset or the headset has a microphone 12, an AD converter 30, an active noise compensation filter 40, a DA converter 50 and an electroacoustic reproduction converter 70 and a secondary link 100.
  • the active noise compensation according to the third exemplary embodiment preferably takes place according to the feed forward principle.
  • An audio signal is detected by the microphone 12 and output as an output signal x (t).
  • This output signal x (t) is subjected to AD conversion in the AD converter 30, and a digital output signal x d (n) is output to the filter 40.
  • the output signal of the filter y d (n) is output to the DA converter 50, which in turn outputs an analog output signal y (t).
  • This analog output signal y (t) is supplied to the electroacoustic reproduction converter 70.
  • the transmission path from the loudspeaker 70 and the acoustic path represents the so-called secondary path 100.
  • the output signal y (t) of the DA converter 50 is supplied to the loudspeaker 70, which in turn outputs a counter sound u (t) which transmits the interference sound d (FIG. t) superimposed to compensate for this.
  • the result of this compensation is the superposition signal e (t).
  • FIG. 5 shows a block diagram of a handset or a headset according to a fourth embodiment.
  • the handset or the headset according to the fourth exemplary embodiment substantially corresponds to the handset or headset according to the third exemplary embodiment of FIG. 4.
  • the microphone 12 is provided in front of the loudspeaker and the filter 40 is a Feedback filter is configured, wherein a beat signal e (t) is fed back to the input of the AD converter 30.
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a receiver or headset according to a fifth exemplary embodiment.
  • the handset or the headset according to the fifth embodiment is based on the handset or headset according to the third embodiment, wherein equalizing and equalizing filters 20, 21; 60, 61 are provided in front of and behind the AD converter and the DA converter.
  • the function of the filters 20, 21, 60, 61 corresponds to the function of the filters according to FIG. 3.
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of a receiver or a headset according to a sixth exemplary embodiment.
  • the handset or the headset according to the sixth exemplary embodiment is based on the handset or headset according to the fourth embodiment. 3, in addition to the equalization and equalization filters 20, 21, 60, 61 shown in FIG. 3, which are provided in front of and behind the AD converter 30 and the DA converter 50.
  • the maximum possible level S max x (f) is determined by the external microphone 12 or the internal microphone 12. Alternatively, the maximum level can also be estimated.
  • the filter 20 then has ⁇ EQ x [f ⁇ ⁇
  • the filter 61 according to the fifth embodiment then corresponds to:
  • the equalizing filter 61 should then be able to be described as follows:
  • the filter 21 then corresponds to the inverse filter 20, ie, £ Q A. '(/)'
  • the filters 20, 60, 21, 61 according to the invention do not explicitly serve for filtering at the edges of the frequency range to be processed, but refer to them processing frequency range and allow an improvement of the signal-to-noise ratio.
  • the transfer functions of the filters according to the invention are designed in such a way that the maximum and the minimum value of the gain deviate from each other by at least 3 dB between 20 Hz and one quarter of the sampling frequency.
  • a handset or a headset wherein the analog pre-emphasis filter 20 is designed as an analog filter for performing a noise compensation.
  • the analog filter 20 is configured as a static noise compensation system or filter according to the seventh embodiment.
  • the active noise compensation unit 40 then only serves to adjust the required noise compensation, as necessary.
  • the digital domain of the listener, d. H. the active noise compensation unit 40 then has, for example, a gain of 1 and adapts the noise compensation only if the noise compensation can be improved.
  • the filter 20 may be configured as a pre-noise compensation unit according to the seventh embodiment.
  • a noise compensation unit performs static noise compensation if the output signal x (t) would correspond to the output signal y (t). This can be achieved, for example, if the active noise compensation unit 40 does not intervene in the active noise compensation. Alternatively, the active noise reduction unit 40 can only intervene in the noise compensation if this would lead to an improved noise compensation.

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Abstract

Es wird ein Hörer mit mindestens einem Mikrofon (12), einem analogen Pre-Emphasefilter (20) zur Vorentzerrung des Mikrofonsignals, einem AD-Wandler (30) zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Pre-Emphasefilters, einer aktiven Lärmkompensationseinheit (40) zum Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons (12) und zum Ausgeben eines Gegenschallsignals sowie einem DA-Wandler (50) zum Durchführen einer Analog/Digitalwandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit (40) erzeugten Gegenschalls vorgesehen.

Description

Headset und Hörer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Headset und einen Hörer.
Headsets und Hörer mit einer aktiven Lärmkompensationseinheit sind hinlänglich bekannt. Die aktive Lärmkompensationseinheit kann sowohl analog als auch digital ausgeführt sein. Die Mikrofone eines Headsets oder eines Hörers mit einer aktiven Lärmkompensation erfassen Audiosignale von unterschiedlicher Herkunft und mit unterschiedlichen Pegeln. Die Mikrofone erfassen beispielsweise Störschall aus externen Schallquellen, den durch den Wiedergabewandler wiedergegebenen Schall, den Nutzschall und Schall, der aufgrund von Bewegungen zwischen dem Kopfhörer bzw. dem Headset und dem Kopf des Anwenders entsteht. Jedes dieser Schallereignisse weist ein spezifisches Spektrum mit einer spezifischen Pegelverteilung auf.
Als allgemeiner Stand der Technik wird auf die Dokumente DE 694 16 442 T2, US 5,278,91 1 A, US 6, 134,331 A, US 4,985,925 A und WO 93/26084 A1 verwiesen.
Es ist somit wünschenswert, einen Kopfhörer oder ein Headset mit einer aktiven Lärmkompensation vorzusehen, welche verbessert eine unregelmäßige Pegelverteilung eines Geräuschspektrums kompensieren kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Hörer gemäß Anspruch 1 und ein Headset gemäß Anspruch 6 gelöst.
Somit wird ein Hörer mit mindestens einem Mikrofon, einem analogen Pre-Emphasefilter zur Vorentzerrung des Mikrofonsignals, einem AD-Wandler zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Pre-Emphasefilters, einer aktiven Lärmkompensationseinheit zum Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons und zum Ausgeben eines Gegenschallsig- nals sowie einem DA-Wandler zum Durchführen einer Analog/Digitalwandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit erzeugten Gegenschalls vorgesehen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Filterparameter des Emphasefilters zum Vorentzerren des Mikrofonsignals dem maximal erwarteten Pegel der von dem Mikrofon erfassten Audiosignale angepasst.
Somit wird ein Headset mit mindestens einem Mikrofon, einem Emphasefilter zur Vorent- zerrung des Mikrofonsignals, einem DA-Wandler zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Emphasefilters, einer aktiven Lärmkompensationseinheit zum Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons und zum Ausgeben eines Gegenschallsignals sowie einem DA-Wandler zum Durchführen einer Analog/Digitalwandlung des durch die aktive Lärm- kompensationseinheit erzeugten Gegenschalls vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Steuern eines Hörers, der ein Mikrofon und eine aktive Lärmkompensationseinheit aufweist. Das Mikrofonsignal wird durch ein analoges Pre-Emphasefilter analog vorentzerrt. Das Ausgangssignal des Pre- Emphasefilters wird digitalisiert. Eine aktive Lärmkompensation wird basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons durchgeführt und ein Gegenschall wird ausgegeben. Eine Digital/Analog-Wandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit erzeugten Gegenschalls wird durchgeführt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein digitales Pre-Emphasefilter zwischen der aktiven Lärmkompensationseinheit und dem DA-Wandler vorgesehen. Alternativ dazu kann ein analoges Pre-Emphasefilter nach dem DA-Wandler vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass für jede Frequenz in einem Lärmspektrum unterschiedliche Pegel vorhanden sein können, welche stark voneinander abweichen können. Somit weist auch der durch die aktive Lärmkompensation erzeugte Gegenschall eine unregelmäßige Pegelverteilung auf.
Um dies zu vermeiden, wird ein vorzugsweise analog vorentzerrtes Audiosignal der digitalen Signalverarbeitung einer digitalen aktiven Lärmkompensation zugeführt, um eine nutzbare Gesamtdynamik erhöhen zu können. Das Eingangsaudiosignal wird einer Pre- Emphasisverarbeitung (analoge Vorentzerrung) unterzogen. Anschließend erfolgt eine Analog/Digitalwandlung. Optional kann nach der digitalen Verarbeitung eine digitale Pre- Emphasis erfolgen. Die analoge und die digitale Pre-Emphasisverarbeitung hat den Vorteil, dass die nutzbare Dynamik einer Digital/Analogumwandlung und Analog/Digitalumwandlung erhöht wird und ggf. entstandene Artefakte im hörbaren Bereich minimiert werden können.
Die Erfindung betrifft ferner den Gedanken, wie eine digitale Lärmkompensation in einem Hörer oder Headset verbessert werden kann. Wenn beispieisweise das Leistungsspektrum und/oder die maximalen Pegel in einer lärmerfüllten Umgebung bekannt sind, dann können die Filter der Vorentzerrung entsprechend angepasst werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnah- me auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. Headsets gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines digitalen aktiven Lärmkompensationssystems zur Erläuterung der Erfindung,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines aktiven Lärmkompensationssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Hörers bzw. eines Headsets gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Hörers oder eines Headsets gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. Headsets gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, und
Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. eines
Headsets gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. Headsets gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Headset weist eine Eingangseinheit 10 beispielsweise mit einem Audioeingang 1 1 , einem ersten Mikrofon 12 und einem zweiten Mikrofon 13 auf. Das Headset weist ferner eine Pre-Emphasiseinheit 20 auf, welche die Signale der Eingangseinheit empfangen und eine Pre-Emphasisverarbeitung (Vorentzerrung) durch- führen kann. Das Ausgangssignal der Pre-Emphasiseinheit 20 wird einem AD-Wandler 30 zugeführt, welcher eine Analog/Digitalwandlung durchführt. Das Ausgangssignal des AD-Wandlers 30 wird einer aktiven Lärmkompensationseinheit 40 zugeführt. Das Ausgangssignal der aktiven Lärmkompensationseinheit 40 wird einer digitalen Pre- Emphasisverarbeitungseinheit 60 zugeführt. Das Ausgangssignal der Pre- Emphasisverarbeitungseinheit 60 wird in einem DA-Wandler 50 digital/analog gewandelt. Das Ausgangssignal des DA-Wandlers 50 kann einem elektroakustischen Wiedergabewandler 70 zur Ausgabe zugeführt werden.
Die Lärmkompensationseinheit 40 kann einen oder mehrere Lärmkompensationsfilter 41 , 42 aufweisen.
Die Pre-Emphasiseinheit 20 kann mehrere Teileinheiten aufweisen, um jedem Eingangssignal der Eingangseinheit 10 einer Pre-Emphasisverarbeitung zuzuführen. Die Pre- Emphasiseinheit 20 führt eine analoge Vorentzerrung durch. Nach der analogen Vorentzerrung wird das Ausgangssignal der Pre-Emphasiseinheit 20 in dem AD-Wandler ana- log/digital gewandelt.
Durch das Vorsehen einer digitalen Pre-Emphasiseinheit 60 kann die Dynamik des Digital/Analogwandlers 50 erhöht werden und ferner können ggf. entstandene Artefakte vermindert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches auf dem ersten Ausführungsbeispiel basiert, kann eine analoge Vorentzerrung bzw. Pre-Emphasis erfolgen.
Eine Pre-Emphase gemäß der Erfindung stellt z. B. eine Anhebung von hohen Frequenzen und eine Absenkung von tiefen Frequenzen während eines Aufzeichnens oder Sendens eines Signals dar. Die Anhebung oder Absenkung der hohen und tiefen Frequenzen wird anschließend bei der Wiedergabe oder beim Empfang rückgängig gemacht, so dass eine originalgetreue Übertragung bzw. Aufzeichnung oder Erfassung erfolgen kann. Mit anderen Worten, eine Pre-Emphase bewirkt eine Anhebung der hohen Frequenzen und eine Absenkung der tiefen Frequenzen. Eine Emphase stellt also eine beabsichtigte Änderung der Amplitude/Frequenzcharakteristik eines Audiosignals dar, um beispielswei- se das Rauschen zu unterdrücken. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die digitale Pre- Emphasisverarbeitungseinheit 60 auch als eine analoge Pre- Emphasisverarbeitungseinheit 60 ausgeführt sein und hinter statt vor dem DA-Wandler 50 vorgesehen sein. Damit würde die analoge Pre-Emphasisverarbeitungseinheit 60 direkt mit dem elektroakustischen Wiedergabewandler verbunden sein, d. h. die analoge Pre-Emphasisverarbeitungseinheit 60 ist zwischen dem DA-Wandler 50 und dem elektroakustischen Wiedergabewandler 70 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines digitalen aktiven Lärmkompensationssystems zur Erläuterung der Erfindung. Der von dem Mikrofon erfasste Schall x (t) wird über einen AD-Wandler 30 digitalisiert (Xd(n)), einer aktiven Lärmkompensation unterzogen (in Fig. 2 nicht gezeigt), und der durch die aktive Lärmkompensation berechnete Gegenschall yd (n) wird durch einen DA-Wandler 50 wieder in ein analoges Signal y (t) umgewandelt. In Fig. 2 ist unten links der maximal auftretende Pegel bei dem Eingangssignal x (t) und rechts ist der maximal auftretende Pegel des Gegenschalls yd gezeigt. Ferner ist der Fullscale der Quantisierung gezeigt. Wie links unten zu sehen, weist das Spektrum des Eingangssignals x über die Frequenz einen sehr variablen Verlauf auf. Der in Fig. 2 unten rechts gezeigte Gegenschall weist ebenfalls einen sehr variablen Verlauf auf. In den beiden unteren Bildern in Fig. 2 ist jeweils das Quantisierungsrauschen QR und der jeweilige Signalrauschabstand SNR xd (f|) und SNR yd (f,) gezeigt. Dies hat zur Folge, dass die zur Verfügung stehenden Dynamikbereiche nicht ausreichend ausgenutzt werden können.
Für eine optimale AD oder DA-Wandlung sollte vorzugsweise der höchste zu erwartende Pegel den vollen Darstellungsbereich (füll scale) des Wandlers einnehmen, ohne dass es zu einer Übersteuerung kommen kann. Dies ist notwendig, damit die größtmögliche auftretende Amplitude noch verarbeitet werden kann. Andererseits hat dies jedoch zur Folge, dass der Signal-Rausch-Abstand SNR bei anderen Frequenzen schlechter ist als bei der maximalen Auslenkung.
Wenn beispielsweise bei einer ersten Frequenz der maximale Pegel 40 dB kleiner ist als der maximal mögliche Pegel, dann hat dies zur Folge, dass der Signal-Rausch-Abstand SNR 40 dB kleiner als möglich ist. Genauer betrachtet kann dies zu einem Verlust von 6 bis 7 Bit an Auflösung führen. Dies ist unerwünscht insbesondere im Hinblick darauf, dass die Auflösung eines DA-Wandlers und/oder eines AD-Wandlers typischerweise 12 bis 24 Bit beträgt. Der reduzierte Signal-Rausch-Abstand kann zu einem akustischen Rauschen führen und die Funktion der aktiven Lärmkompensation erheblich stören.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines aktiven Lärmkompensationssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das System weist ein Eingangssignal x (t), ein erstes analoges Filter (Eingangs-Pre-Emphasefilter) 20, einen AD-Wandler 30, ein erstes digitales Filter (Eingangs-Deemphasefilter) 21 , eine nicht weiter dargestellte Audioverarbeitungseinheit, ein zweites digitales Filter (Ausgangs-Pre-Emphasefilter) 60, einen DA-Wandler 50 und ein zweites analoges Filter (Ausgangs-Pre-Emphasefilter) 61 auf, Durch das erste analoge Filter 20 kommt es bei entsprechender Auslegung der Filterparameter zu einem Abgleich des maximal möglichen Pegels am AD-Wandler.
Optional können das erste und zweite digitale Filter 60 entfallen.
Durch das zweite digitale Filter 60 kommt es zu einer gleichmäßigeren spektralen Verteilung der Maximalpegel am D/A-Wandler. Somit weisen die durch die AD- und DA- Wandler zu verarbeitenden Eingangs- und Ausgangssignale einen besseren Signal- Rausch-Abstand auf.
Wenn die zu erwartenden Audiosignale in einer lärmerfüllten Umgebung bekannt sind, dann können die Filterparameter entsprechend ausgelegt werden.
Durch die Filter 20 und 60 ändert sich jedoch die Übertragung des gesamten Signalpfades. Um eine Änderung der Empfangs- und Sendepfade zu vermeiden, wird hinter dem AD-Wandler 30 ein erstes digitales Filter 21 und hinter dem DA-Wandler 50 ein zweites analoges Filter 61 vorgesehen, wobei das erste digitale Filter 21 ein Ausgleichsfilter (Deemphasis, Rückentzerrung) bezüglich des ersten analogen Filters 20 darstellt, und das zweite analoge Filter 61 stellt ein Ausgleichsfilter (Deemphasis, Rückentzerrung) bezüglich des zweiten digitalen Filters 60 dar. Mit dem aktiven Lärmkompensationssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann somit der Signal-Rausch-Abstand verbessert werden, wodurch weniger Rauschen zu hören ist.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Hörers bzw. eines Headsets gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Hörer bzw. das Headset gemäß dem dritten Ausführungsbei- spiel kann auf einem Hörer/Headset gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel basieren. Der Hörer bzw. das Headset weist ein Mikrofon 12, einen AD-Wandler 30, einen aktiven Lärmkompensationsfilter 40, einen DA-Wandler 50 sowie einen elektroa- kustischen Wiedergabewandler 70 und eine Sekundärstrecke 100 auf. Die aktive Lärm- kompensation gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erfolgt vorzugsweise nach dem Feed Forward-Prinzip. Ein Audiosignal wird durch das Mikrofon 12 erfasst und als ein Ausgangssignal x (t) ausgegeben. Dieses Ausgangssignal x (t) wird einer AD-Wandlung in dem AD-Wandler 30 unterzogen und es wird ein digitales Ausgangssignal xd (n) an das Filter 40 ausgegeben. Das Ausgangssignal des Filters yd (n) wird an den DA-Wandler 50 ausgegeben, der wiederum ein analoges Ausgangssignal y (t) ausgibt. Dieses analoge Ausgangssignal y (t) wird dem elektroakustischen Wiedergabewandler 70 zugeführt.
Die Übertragungsstrecke von dem Lautsprecher 70 sowie die akustische Strecke stellt die sog. Sekundärstrecke 100 dar. Das Ausgangssignal y (t) des DA-Wandlers 50 wird dem Lautsprecher 70 zugeführt, der wiederum einen Gegenschall u (t) abgibt, welcher den Störschall d (t) überlagert, um diesen zu kompensieren. Das Ergebnis dieser Kompensation stellt das Überlagerungssignal e (t) dar.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Hörers oder eines Headsets gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Der Hörer bzw. das Headset gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Hörer bzw. Headset gemäß dem dritten Ausfüh- rungsbeispiel von Fig. 4. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Mikrofon 12 vor dem Lautsprecher vorgesehen ist und das Filter 40 als ein Feedback-Filter ausgestaltet ist, wobei ein Überlagerungssignal e (t) zu dem Eingang des AD-Wandlers 30 zurückgeführt wird.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. Headsets gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Der Hörer bzw. das Headset gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel basiert auf dem Hörer bzw. Headset gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei Angleich- und Ausgleichsfilter 20, 21 ; 60, 61 vor und hinter dem AD-Wandler sowie dem DA-Wandler vorgesehen sind. Die Funktion der Filter 20, 21 , 60, 61 entspricht der Funktion der Filter gemäß Fig. 3. Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hörers bzw. eines Headsets gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Der Hörer bzw. das Headset gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel beruht auf dem Hörer bzw. Headset gemäß dem vierten Ausfüh- rungsbeispiel zusätzlich mit den in Fig. 3 gezeigten Angleich- und Ausgleichsfiltern 20, 21 , 60, 61 , welche vor und hinter dem AD-Wandler 30 und dem DA-Wandler 50 vorgesehen sind.
Zur Bestimmung der Parameter der Filter 20, 21 , 60, 61 ist es vorteilhaft, wenn der ma- ximal mögliche Pegel Smax x (f) durch das Außenmikrofon 12 bzw. das Innenmikrofon 12 ermittel wird. Alternativ dazu kann der Maximalpegel auch geschätzt werden.
Für das Filter 20 gilt dann \EQx [f ■■
Hieraus kann gefolgert werden, dass keine 100%ige Angleichung des Spektrums benötigt wird, sondern dass eine Begrenzung der Signaldynamik bereits zu einem ausrei- chenden Ergebnis führen kann. Für das Filter 21 für die digitale Ausgleichsfilterung gilt dann : EO~] (f) *>— ^ .
Somit entspricht dann das Filter 61 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel:
Figure imgf000010_0001
Das Ausgleichsfilter 61 sollte dann wie folgt beschrieben werden können:
1
EQy{f)
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel (Feed-Back), welches ein Innenmikrofon 12
l - FB - S aufweist, sollte dann das Filter 20 wie folgt beschrieben werden: \EQx (f]
Smaxd(f)
Das Filter 21 entspricht dann dem inversen Filter 20, d. h. £QA. ' (/) «
Figure imgf000010_0002
1 - FB S
Für das Filter 60 gilt dann EQ
Smaxd(f) - FB Damit gilt dann für das Filter 61 EO ] (/) «
EQyif) '
Die Filter 20, 60, 21 , 61 gemäß der Erfindung dienen explizit nicht einer Filterung an den Rändern des zu verarbeitenden Frequenzbereichs, sondern beziehen sich auf den zu verarbeitenden Frequenzbereich und ermöglichen eine Verbesserung des Signal- Rausch-Abstandes. Die Übertragungsfunktionen der Filter gemäß der Erfindung sind derart ausgestaltet, dass der maximale und der minimale Wert der Verstärkung zwischen 20 Hz und einem Viertel der Abtastfrequenz mit mindestens 3 dB voneinander abweichen.
Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches auf einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6 basieren kann, wird ein Hörer bzw. ein Headset vorgesehen, wobei der analoge Pre-Emphasefilter 20 als ein analoges Filter zum Durchführen einer Lärmkompensation ausgestaltet ist. Das analoge Filter 20 ist gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel als ein statisches Lärmkompensationssystem bzw. Filter ausgebildet. Die aktive Lärmkompensationseinheit 40 dient dann lediglich dazu, die benötige Lärmkompensation anzupassen, soweit dies erforderlich ist. Der digitale Bereich des Hörers, d. h. die aktive Lärmkompensationseinheit 40, weist dann beispielsweise eine Verstärkung von 1 auf und adaptiert die Lärmkompensation nur dann, falls die Lärmkompensation verbessert werden kann.
Das Filter 20 kann gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel als eine Vor- Lärmkompensationseinheit ausgestaltet sein. Hier führt eine derartige Lärmkompensationseinheit eine statische Lärmkompensation durch, wenn das Ausgangssignal x (t) dem Ausgangssignal y (t) entsprechen würde. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die aktive Lärmkompensationseinheit 40 nicht in die aktive Lärmkompensation eingreift. Alternativ dazu kann die aktive Lärmkompensationseinheit 40 nur dann in die Lärmkompensation eingreifen, wenn dies zu einer verbesserten Lärmkompensation führen würde.

Claims

Ansprüche
1. Hörer, mit
mindestens einem Mikrofon (12),
mindestens einem analogen Pre-Emphasefilter (20) zum Vorentzerren eines Mikrofonsignals,
einem AD-Wandler (30) zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Pre- Emphasefilters (20),
einer aktiven Lärmkompensationseinheit (40) zum Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons (12) und zum Ausgeben eines Gegenschallsignals, und
einem DA-Wandler (50) zum Durchführen einer Digital/Analog-Wandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit (40) erzeugten Gegenschalls.
2. Hörer nach Anspruch 1 , wobei
die Filterparameter des Pre-Emphasefilters (20) an den maximal erwarteten Pegel der von dem Mikrofon (12) erfassten Audiosignale angepasst sind.
3. Hörer nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit
einem digitalen Pre-Emphasefilter (60) zwischen der aktiven Lärmkompensationseinheit (40) und dem DA-Wandler (50).
4. Hörer nach Anspruch 1 oder 2, mit
einem analogen Pre-Emphasefilter nach dem DA-Wandler (50).
5. Hörer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
das analoge Pre-Emphasefilter (20) als eine Vor-Lärmkompensationseinheit ausgestaltet ist, welche eine statische Lärmkompensation durchführt.
6. Headset, mit
mindestens einem Mikrofon (12),
mindestens einem analogen Pre-Emphasefilter (20) zum Vorentzerren eines Mikrofonsignals, einem AD-Wandier (30) zum Digitalisieren des Ausgangssignals des Emphasefilters (20),
einer aktiven Lärmkompensationseinheit (40) zum Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons (12) und zum Ausgeben eines Gegenschallsignals, und
einem DA-Wandler (50) zum Durchführen einer Digital/Analog-Wandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit (50) erzeugten Gegenschalls.
7. Verfahren zum Steuern eines Hörers, der ein Mikrofon (12) und eine aktive Lärmkompensationseinheit (40) aufweist, mit den Schritten:
analoges Vorentzerren eines Mikrofonsignals durch ein analoges Pre-
Emphasefilter (20),
Digitalisieren des Ausgangssignals des Pre-Emphasefilters (20),
Durchführen einer aktiven Lärmkompensation basierend auf dem vorentzerrten und digitalisierten Ausgangssignal des Mikrofons (12) und Ausgeben eines Gegenschall- Signals, und
Durchführen einer Digital/Analog-Wandlung des durch die aktive Lärmkompensationseinheit (50) erzeugten Gegenschalls.
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