УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ УРОВНЯ ГРОМКОСТИ
DEVICE AND METHOD OF ADJUSTING VOLUME

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству и способу регулировки уровня громкости, по меньшей мере, для двух источников звука, а также к радио тюнеру с соответствующей регулировкой уровня громкости, которая может также обозначаться как двухступенчатая нормализация громкости. Дополнительный вариант осуществления относится к соответствующей компьютерной программе для выполнения способа регулировки уровня громкости или нормализации громкости.
Воспринимаемый уровень громкости или громкость разных радиостанций варьируется от радиостанции к радиостанции. Так называемые радиостанции господствующей тенденции (mainstream), такие как Bayern 3 или Antenne Bayern, воспринимаются по сравнению с радиостанциями классической музыки, такими как Bayern Klassik, существенно громче.
Эти различия выравниваются на сегодняшний день посредством ручной подстройки ручкой уровня громкости. Для пользователя это может постоянно создавать помехи. Если радио слушается в транспортном средстве, это имеет даже важное значение с точки зрения безопасности, так как водитель во время ручной подстройки неизбежно отвлекается от дорожной ситуации.
Уже существуют несколько подходов к (адаптивной) настройке уровня громкости или громкости в зависимости от сигнала. Например, стандарт Международного Союза Электросвязи (ITU) BS.1770 описывает способ того, как должен осуществляться расчет громкости с балансировкой на слух. Недостатки этих способов заключаются в том, что звуковой сигнал адаптируется во время прослушивания. Возникают искусственные помехи, такие как "накачка" (слышимые, быстрые выравнивания уровня громкости), сильные подстройки при взрывных согласных звуках или уменьшение динамического диапазона.
Эти способы не могут по самой своей природе удовлетворять требованиям чистого, натурального воспроизведения звука. Поэтому в случаях использования с требованиями класса HiFi, таких как высококачественные аудиосистемы в транспортных средствах, эти алгоритмы не находят применение. Документ US 2010/0046765 A1 описывает подход к регулировке уровня громкости, причем упомянутая регулировка основана на среднем значении для каждого входного сигнала и на краткосрочной подстройке. Документ US 2014/0140537 А1 относится к регулировке громкости для множества входных сигналов, при которой уровень громкости непрерывным образом подстраивается. Используя оба этих подхода, пользователь может, вероятно, заметить выполнение упомянутой подстройки. Следовательно, существует потребность в улучшенном подходе.
Задача настоящего изобретения заключается в создании концепции для автоматической регулировки уровня громкости, которая сохраняет воспроизведение звука по существу натуральным.
Эта задача решается с помощью независимых пунктов формулы изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют устройство для регулировки уровня громкости, по меньшей мере, для двух источников звука, например, двух радиостанций. Устройство включает в себя анализатор громкости и регулятор уровня громкости. Анализатор громкости выполнен с возможностью анализировать в течение промежутка времени (например, от 1 до 5 минут) анализировать звуковой сигнал первого из двух источников звука, то есть, например, для первой станции, в зависимости от результата анализа определять первое значение громкости и сохранять упомянутое значение громкости, при этом связывая его с первым из двух источников звука. Кроме того, анализатор громкости выполнен с возможностью в течение промежутка времени (который может быть, например, таким же) анализировать звуковой сигнал второго из двух источников звука, то есть, например, для второй станции, в зависимости от результата анализа определять второе значение громкости и сохранять упомянутое значение громкости, при этом связывая его со вторым из двух источников звука. Регулятор уровня громкости выполнен с возможностью адаптировать звуковой сигнал выбранного в текущий момент первого и/или второго из двух источников звука в соответствии с  соответствующим первым и/или вторым значением громкости.
Лежащее в основе изобретения познание заключается в том, чтобы сначала анализировать разные источники звука или радиостанции в отношении их громкости и, исходя из упомянутого анализа, сохранять соответствующую информацию о громкости (значение громкости), для того чтобы затем в зависимости от результата анализа для каждого соответствующего источника звука выбирать регулировку уровня громкости для каждого источника звука или каждой станции. Анализ осуществляется предпочтительно (но не обязательно) в течение относительно длительного промежутка времени, например, в 5 минут, для того чтобы получать вполне репрезентативное среднее значение для источника звука. Регулировка уровня громкости осуществляется на втором этапе предпочтительно таким образом, что при воспроизведении получающийся звуковой сигнал имеет для первого и второго источников примерно одинаковый уровень громкости или громкость. В этом отношении можно также в этом контексте говорить о нормализации. Этот подход имеет то преимущество, что благодаря анализу, который обычно занимает несколько секунд, если даже не минуты, получается хорошее среднее значение, и не возникают вышеупомянутые отрицательные эффекты, такие как "накачка" и/или "нарастание колебаний". Кроме того, таким образом также сохраняется динамический диапазон звукового сигнала. Вследствие того, что каждый источник звука имеет связанное с ним и сохраненное с помощью него значение громкости, при выборе или переключении источника звука может, так сказать, одновременно (без задержки) происходить правильный выбор уровня громкости.
Разъясненная выше процедура может обозначаться как основная ступень в нормализации громкости. Для того чтобы при первом выборе станции, с которой еще не связано значение громкости, также достигать приемлемой нормализации, может на предварительной ступени осуществляться краткосрочная нормализация на основе определенного в текущий момент значения громкости. Именно поэтому способ согласно дополнительным вариантам осуществления содержит этап определения предварительного значения громкости и регулировки уровня громкости выбранного в текущий момент источника (станции) на основе упомянутого предварительного значения громкости или определенного в текущий момент предварительного значения громкости. Упомянутая нормализация уровня громкости на предварительной ступени выполняется до тех пор, пока значение громкости в течение репрезентативного промежутка времени (фаза обучения для каждого источника) не будет определено и сохранено. Так как в соответствии с упомянутым вариантом осуществления нормализация уровня громкости разделена на предварительную и основную ступени, можно также говорить об автоматической, двухступенчатой регулировке уровня громкости (или двухступенчатой нормализации громкости).
Согласно дополнительным вариантам осуществления, однократно определенное и сохраненное значение громкости для каждого источника звука обновляется во время работы источника звука в исключительном случае. Для этого при выборе источника звука анализируется громкость, и в случае, если имеется существенное отклонение, значение громкости обновляется и заново сохраняется. Упомянутое обновление осуществляется согласно вариантам осуществления таким образом, что упомянутое обновление оказывает незначительное влияние на значение громкости и, тем самым, на адаптацию уровня громкости. В результате, после фазы обучения нет слышимой адаптации уровня громкости, однако при этом обеспечено, что при любых изменениях источника звука упомянутые изменения соответствующим образом учитываются. Согласно вариантам осуществления, в этом отношении может осуществляться своего рода взвешивание, причем взвешивание выбрано в этом случае таким образом, что адаптация значения громкости на фазе адаптации имеет меньший вес, чем адаптация значения громкости на фазе обучения. Согласно дополнительным вариантам осуществления, регулировка значения громкости может также осуществляться только в случаях, когда заново определенное значение громкости существенно отклоняется от сохраненного значения громкости. Упомянутое существенное отклонение может указываться, например, в процентах, и составлять 2% или 10%.
Согласно дополнительным вариантам осуществления, упомянутое обновление значений громкости, и/или согласно другим дополнительным вариантам осуществления, упомянутое определение нового значения громкости может осуществляться для нового источника (станции) в фоновом режиме, если для анализатора созданы технические условия. На примере радио тюнера это означало бы конкретно то, что предусмотрена вторая часть тюнера, для того чтобы принимать и анализировать в фоновом режиме вторую станцию. Эти два варианта осуществления имеют то преимущество, что сразу после переключения станций имеется определенное или обновленное значение громкости, так что громкость может быть нормализовано эффективным образом.
Дополнительные варианты осуществления относятся к радио тюнеру, который включает в себя разъясненное выше устройство для регулировки уровня громкости. Согласно дополнительным вариантам осуществления, упомянутый радио тюнер может также содержать два блока тюнера.
Дополнительный вариант осуществления относится к соответствующему способу регулировки уровня громкости, содержащему следующие этапы: анализ звукового сигнала первого из двух источников звука и сохранение соответствующего значения громкости, анализ звукового сигнала второго из двух источников звука и сохранение соответствующего значения громкости, а также адаптацию уровня громкости звукового сигнала первого и/или второго источника звука в соответствии с соответствующим первым и/или вторым значением громкости. Согласно дополнительным вариантам осуществления, упомянутый способ может выполняться также посредством компьютерной программы.
Дополнительные реализации указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Далее варианты осуществления разъясняются со ссылкой на приложенные чертежи, на  которых:
фиг. 1a показывает устройство для регулировки уровня громкости согласно варианту осуществления;
фиг. 1b показывает соответствующий способ регулировки уровня громкости согласно дополнительному варианту осуществления; и
фиг. 2 показывает радио тюнер, содержащий соответствующее устройство для регулировки уровня громкости согласно вариантам осуществления.
Прежде чем варианты осуществления настоящего изобретения будут в дальнейшем подробно разъяснены со ссылкой на фигуры, следует указать на то, что одинаковые или аналогично действующие элементы и структуры снабжены одинаковыми ссылочными позициями, так что их описание может взаимно применяться и/или заменяться.
Фиг. 1a показывает устройство 10 для регулировки уровня громкости, по меньшей мере, для двух источников AQ1 и AQ2 звука. Устройство 10 включает в себя анализатор 12 громкости и регулятор 14 уровня громкости. Дополнительно устройство 10 содержит также память 16. Анализатор 12 громкости расположен со стороны входа, то есть расположен таким образом, чтобы он мог соединяться с возможностью переключения с источниками AQ1 и AQ2 звука. Сигналы от AQ1 и AQ2 либо пересылаются дальше анализатором 12 громкости на регулятор 14 уровня громкости, либо направляются в обход.
Разные источники AQ1 и AQ2 звука могли бы представлять собой, например, две разные станции, однако также другие входные источники, как например компакт-диск и радио, которые переключаются либо радио тюнером, либо предварительным усилителем. Звуковые сигналы (цифровые или аналоговые) источников AQ1 или AQ2 звука принимаются анализатором 12 громкости, который, в течение промежутка времени, например, в 60 секунд или 300 секунд или даже больше, анализирует и определяет в зависимости от результата анализа значения громкости, связанные с соответствующими источниками AQ1 и AQ2 звука. Благодаря длительной постоянной времени (например, от 1 до 5 минут) может рассчитываться среднее значение громкости (LW1 или LW2) для упомянутой станции или источника звука, которое соответствует фактической громкости.
Определенное значение (LW1 для источника AQ1 и LW2 для источника AQ2) громкости записывается в памяти 16. Как правило, память 16 является энергонезависимой памятью, так что значения LW1 или LW2 громкости сохраняются даже после выключения и включения. Здесь следует также отметить, что память 16 в большинстве случаев уже имеется в радио тюнерах, для того чтобы запоминать, например, кнопки быстрого выбора станций или последний отрегулированный уровень громкости. Регулятор 14 уровня громкости далее адаптирует непосредственно звуковой сигнал выбранного источника AQ1 или AQ2, исходя из сохраненного значения LW1 или LW2 громкости.
Этот принцип действия устройства 10 может также разъясняется при помощи способа 100, который представлен на фиг. 1b. Способ 100 включает в себя этапы 110 и 120, которые выполняются либо параллельно друг относительно друга, либо последовательно друг за другом (то есть в разные моменты времени, в зависимости от того, какой именно источник (AQ1 или AQ2) звука выбран в текущий момент). Этап 110 относится к анализу источника AQ1 звука и сохранению значения LW1 громкости, в то время как этап 120 относится к анализу источника AQ2 звука и сохранению значения LW2 громкости. Исходя из сохраненных значений LW1 и LW2, именно на третьем этапе 130 адаптируется уровень громкости соответствующим образом выбранного источника.
Как уже было разъяснено выше, проведенное на первом этапе измерение громкости и адаптация связаны с медленным временем регулировки, так что изменение уровня громкости на этапе 30 происходит практически не слышно. Таким образом, могут предотвращаться разъясненные выше недостатки.
Если соответствующие источники AQ1 и AQ2 выбраны снова в более поздний момент времени, этап 130 может повторяться для того, чтобы выравнивать уровень громкости. Упомянутое использование определенных на так называемой фазе обучения значений LW1 и LW2 уровня громкости для выравнивания уровня громкости при повторном выборе станции основывается на том допущении, что конкретная радиостанция будет сохранять в течение очень длинных периодов времени (от нескольких месяцев до нескольких лет) единый основной уровень громкости или усредненный уровень громкости. Благодаря сохранению значений LW1 и LW2 уровня громкости и выполнению этапа 130 создается то преимущество, что можно переключаться со станции на станцию с предварительно сохраненным значением громкости, причем сразу же происходит нормализация уровня громкости на выходе. При этом вследствие этого не требуется адаптация, так что обеспечивается прозрачное, сохраняющее динамический диапазон воспроизведение музыки.
Для того чтобы сделать возможной нормализацию уровня громкости также во время фазы обучения - то есть, например, при первом выборе станции, когда значение громкости еще не могло быть определено - также может выполняться краткосрочная регулировка во время так называемой предварительной ступени (в сравнении с разъясненной выше основной ступенью в нормализации уровня громкости). Для этого определяется затем на предварительной ступени предварительное значение громкости в текущем режиме работы, то есть с первой секунды выбора станции, и на основе упомянутого (текущего) значения громкости выполняется регулировка уровня громкости. Даже несмотря на то, что упомянутая краткосрочная регулировка на предварительной ступени может приводить к искажениям, в частности относительно динамического диапазона, текущего источника, может вследствие этого для каждого момента времени и каждого источника обеспечиваться нормализация.
Нормализация уровня громкости предварительной ступени выполняется до тех пор, пока фаза обучения текущего источника не будет завершена, например, от 60 до 300 секунд, так что может осуществляться переключение на основную ступень, причем, по меньшей мере, этап 110 или 120 выполняется параллельно с предварительной ступенью.
Здесь следует отметить, что способ 100 и, в частности, этапы 110 и 120 представлены параллельно из-за того, что, как будет описываться со ссылкой на фиг. 2, согласно дополнительным вариантам осуществления, определение значений LW1 и LW2 громкости посредством анализа источников AQ1 и AQ2 звука может происходить одновременно (то есть для одного источника звука в фоновом режиме).
Согласно дополнительным вариантам осуществления, выполнение этапов 110 и 120 происходит не только изначально, то есть на так называемой фазе обучения, но и во время постоянной эксплуатации. Для того чтобы была возможность реагировать на возможные изменения уровня громкости радиостанции с течением времени, измерение происходит пассивно в фоновом режиме. Если измеренное значение отклоняется от сохраненного значения в течение относительно продолжительного периода времени, может выполняться осторожная подстройка. Однако упомянутая подстройка не представляет собой какого-либо существенного вмешательства в динамический диапазон музыки.
Со ссылкой на фиг. 1a следует отметить, что альтернативно также было бы возможно и то, что фактическая адаптация звукового сигнала AQ1 и/или AQ2 вовсе и не происходит в устройстве 10, а устройство 10 выдает при помощи регулятора 14 уровня громкости только сигнал регулирования уровня громкости для адаптации уровня громкости выбранного в текущий момент звукового сигнала.
Фиг. 2 показывает дополнительный вариант осуществления, а именно радио тюнер 40, который содержит первую часть 42 тюнера. Первый тюнер 42 соединен с антенной 44 и может, таким образом, принимать и/или выбирать несколько радиостанций (радиопередатчиков) или радиоисточников AQ1 и AQ2, благодаря тому, что при помощи тюнера 42 осуществляется переключение на соответствующую несущую частоту. За радио тюнером 42 подключено разъясненное со ссылкой на фиг. 1a устройство 10 для регулировки уровня громкости.
Согласно дополнительным вариантам осуществления, радио тюнер 40 может включать в себя вторую параллельную часть 42` тюнера, которая также соединена с антенной 44 и используется, среди прочего, для того, чтобы анализатор 12 громкости параллельно с текущим приемом первого радиоисточника (например, радиоисточника AQ1) принимал второй радиоисточник (например, AQ2) и анализировал его в отношении его громкости. Таким образом, фаза обучения, которая занимает обычно от 1 до 5 минут, может предпочтительно происходить в фоновом режиме. Подобные параллельные части тюнера (радиоприемники) являются, например, у современных транспортных средств премиум-класс, обычным случаем. Теперь задача упомянутого второго радио тюнера заключается в том, чтобы искать в фоновом режиме доступные радиостанции, не прерывая воспроизведение звука текущей станции. Найденные радиостанции отображаются в большинстве случаев с использованием их названий (RDS - Radio Data System) на человеко-машинном интерфейсе (HMI - например, дисплее в транспортном средстве) в виде списка доступных станций. Этот параллельный тюнер 42` может, таким образом, использоваться для того, чтобы определять громкость найденных радиостанций. Если теперь происходит переключение на одну из упомянутых станций, то рассчитанное значение LW громкости является уже готовым, так что регулировка уровня громкости может работать, как было описано выше, без того чтобы должны были производиться слышимые адаптации.
Упомянутый второй тюнер 42` служит не только для укорочения или предотвращения периода обучения, так как он проходит в фоновом режиме, но и может также использоваться для того, чтобы оценивать станции, для которых значение громкости уже было сохранено, для того чтобы обновлять сохраненное значение громкости.
Даже несмотря на то, что в вышеуказанных вариантах осуществления всегда предполагалось, что источником звука является радиостанция, предложенная здесь концепция может применяться к любым другим источникам, которые имеют, например, остающуюся в среднем неизменной громкость.
В этом месте следует также еще раз отметить, что упомянутая выше длинная постоянная времени, например, от 1 до минут или от 1 часа до нескольких часов или нескольких дней, может быть также короче, причем в этом случае необходимо считаться с тем недостатком, что при первоначальном использовании имеет место слышимая адаптация. Вследствие этого при повторном вызове радиостанции уровень громкости соответствующим образом заранее адаптируется.
Даже несмотря на то, что вышеуказанные варианты осуществления всегда описывались применительно к устройству, дополнительные варианты осуществления обеспечивают способ адаптации уровня громкости или громкости предоставленного станцией звукового сигнала, включающий в себя выполнение измерения громкости и адаптацию согласно известным процедурам, однако с сокращенным временем регулирования, для того чтобы определять значение фактической громкости для станции, при переключении с любой другой станции на упомянутую станцию, и использование определенного значения громкости для выдачи звукового сигнала с нормализованным уровнем громкости.
Даже несмотря на то, что некоторые аспекты были описаны применительно к устройству, следует понимать, что упомянутые аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, так что блок или конструктивный элемент устройства должен также пониматься как соответствующий этап способа или как признак этапа способа. Аналогично этому аспекты, которые были описаны в связи с этапом способа или как этап способа, представляют собой также описание соответствующего блока или детали или признака соответствующего устройства. Некоторые или все из этапов способа могут выполняться аппаратными средствами (или с использованием аппаратных средств), такими как микропроцессор, программируемый компьютер или электронная схема. В некоторых вариантах осуществления некоторые или несколько из наиболее важных этапов способа могут выполняться таким устройством.
В зависимости от конкретных требований к реализации варианты осуществления изобретения могут быть реализованы аппаратными средствами или программными средствами. Реализация может осуществляться с использованием цифрового носителя данных, например, флоппи-диска, DVD, Blu-ray диска, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или FLASH-памяти, жесткого диска или другой магнитной или оптической памяти, на которой сохранены электронно-считываемые управляющие сигналы, которые могут взаимодействовать или взаимодействуют с программируемой компьютерной системой таким образом, что выполняется соответствующий способ. Следовательно, цифровой носитель данных может считываться компьютером.
Таким образом, некоторые варианты осуществления согласно изобретению включают в себя носитель данных, который содержит электронно-считываемые управляющие сигналы, которые могут взаимодействовать с программируемой компьютерной системой таким образом, что выполняется любой из описанных здесь способов.
В общем, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в виде компьютерного программного продукта с программным кодом, причем программный код эффективен в том, чтобы выполнять один из способов, если компьютерный программный продукт запускается на компьютере.
Программный код может быть также сохранен, например, на машиночитаемом носителе.
Другие варианты осуществления включают в себя компьютерную программу для выполнения любого из описанных здесь способов, причем упомянутая компьютерная программа сохранена на машиночитаемом носителе.
Другими словами, вариантом осуществления  изобретательского способа является, таким образом, компьютерная программа, которая имеет программный код для выполнения любого из описанных здесь способов, если компьютерная программа запускается на компьютере.
Дальнейшим вариантом осуществления изобретательского способа является, таким образом, носитель данных (или цифровой носитель данных или считываемый компьютером носитель), на котором записана компьютерная программа для выполнения любого из описанных здесь способов.
Дополнительным вариантом осуществления изобретательского способа является, таким образом, поток данных или последовательность сигналов, который или которая представляет собой компьютерную программу для выполнения любого из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов может быть сконфигурирован или сконфигурирована, например, таким образом, чтобы передаваться через линию обмена данными, например, через Интернет.
Дополнительный вариант осуществления включает в себя средство обработки, например, компьютер или программируемое логическое устройство, которое сконфигурировано или приспособлено для того, чтобы выполнять любой из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления включает в себя компьютер, на котором установлена компьютерная программа для выполнения любого из описанных здесь способов.
Дополнительный вариант осуществления согласно изобретению включает в себя устройство или систему, которое или которая сконфигурировано или сконфигурирована для того, чтобы передавать компьютерную программу для выполнения по меньшей мере одного из описанных здесь способов на приемник. Передача может осуществляться, например, электронным или оптическим образом. Приемником может быть, например, компьютер, мобильное устройство, запоминающее устройство или подобное устройство. Устройство или система может включать в себя, например, файловый сервер для передачи компьютерной программы на приемник.
В некоторых вариантах осуществления программируемое логическое устройство (например, программируемая пользователем вентильная матрица, FPGA) может использоваться для того, чтобы выполнять некоторые или все функциональные возможности описанных здесь способов. В некоторых вариантах осуществления программируемая пользователем вентильная матрица может взаимодействовать с микропроцессором, чтобы выполнять любой из описанных здесь способов. В общем, способы в некоторых вариантах осуществления выполняются любым аппаратным устройством. Упомянутым аппаратным устройством может быть аппаратное средство универсального назначения, такое как компьютерный процессор (CPU), или специализированное для способа аппаратное средство, такое как специализированная интегральная схема (ASIC).
Описанные выше варианты осуществления представляют собой лишь иллюстрацию принципов настоящего изобретения. Следует понимать, что модификации и вариации описанных здесь систем и деталей будут очевидны для других специалистов. Следовательно, предполагается, что изобретение должно ограничиваться только объемом защиты нижеследующей формулы изобретения и не должно ограничиваться конкретными деталями, которые были здесь представлены посредством описания и разъяснения вариантов осуществления.