(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (51) T3 Int.Cl. G10K 15/04 ( ) H03G 5/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2014/34 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: SYSTEM DŹWIĘKOWY, SPOSÓB GENEROWANIA SYGNAŁU DŹWIĘKOWEGO I ODPOWIEDNI PROGRAM KOMPUTEROWY (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2012/43 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2015/02 (73) Uprawniony z patentu: Robert Bosch GmbH, Stuttgart, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 STEVEN VAN RAALTE, Terheijden, NL RONNIE DUISTERS, Eindhoven, NL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Józef Własienko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 53/59P35050PL00 2 Opis Stan techniki [0001] Wynalazek dotyczy systemu dźwiękowego do generowania sygnału dźwiękowego. W szczególności, wynalazek dotyczy systemu dźwiękowego, a zwłaszcza dźwiękowego systemu alarmowego, do generowania sygnału dźwiękowego, zawierającego środki do generowania składowej sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej i środki do generowania dodatkowych składowych sygnału dźwiękowego na innych częstotliwościach niż częstotliwość podstawowa, przy czym częstotliwość podstawowa i inne częstotliwości są od siebie oddzielone przez oddzielające pasma częstotliwości w celu zwiększenia głośności sygnału dźwiękowego. Wynalazek dotyczy ponadto sposobu generowania sygnału dźwiękowego, programu komputerowego i sygnału dźwiękowego. [0002] Dźwięki alarmowe są niezbędne, na przykład, dla bezpieczeństwa w budynkach publicznych. Funkcją dźwięków alarmowych jest informowanie osób w otoczeniu o niebezpiecznej sytuacji. Dźwięki alarmowe powinny być słyszalne w obrębie budynku także podczas występowania szumu tła, i powinny zatem spełniać wiele przepisów. [0003] Dźwięki alarmowe często są dostarczane przez urządzenia rozgłoszeniowe, które są dostosowane do spełniania wspomnianych przepisów. Producenci urządzeń rozgłoszeniowych są przede wszystkim zainteresowani spełnieniem przepisów i zapewnieniem bezpieczeństwa osobom ostrzeganym przez urządzenie rozgłoszeniowe. Ale z punktu widzenia kosztów produkcji takich urządzeń rozgłoszeniowych, producenci są ponadto zainteresowani utrzymaniem niskich kosztów komponentów urządzenia. Zwłaszcza wzmacniacze są komponentami zwiększającymi koszty, przy czym koszty rosną wraz z maksymalną mocą wyjściową wzmacniaczy. Zatem, pożądane jest w

3 53/59P35050PL00 3 stanie techniki, aby zapewnić dźwięki alarmowe, które z jednej strony są zgodne z przepisami, a z drugiej strony nie wymagają przekraczania maksymalnej mocy wyjściowej wzmacniaczy. Te same kwestie odnoszą się do wymaganej maksymalnej mocy wejściowej głośników. Głośniki o niższej maksymalnej mocy wejściowej są tańsze niż głośniki o dużej mocy oraz jeżeli potrzeba mniej mocy RMS w celu wygenerowania dźwięku alarmowego, który jest zgodny z przepisami, koszt urządzenia będzie mniejszy. [0004] Ponadto, takie urządzenia rozgłoszeniowe często wymagają zapasowych zasilaczy opartych na akumulatorach. Wiele standardów wymaga, aby awaryjne systemy dźwiękowe były zdolne do generowania dźwięku alarmu w sposób ciągły przez co najmniej 30 minut z wykorzystaniem swojego zapasowego zasilacza. Wtedy zapasowy akumulator stanowi znaczną część kosztów urządzenia. Mniejsza moc wyjściowa wzmacniacza dla jednakowo głośnego alarmu redukuje rozmiar i koszt zapasowego akumulatora. [0005] W psychoakustyce wiadome jest, że dla zwiększenia głośności sygnału, składowe sygnału powinny być rozmieszczone w obrębie słyszalnego widma jak to tylko jest możliwe w niezachodzących na siebie krytycznych pasmach. Ta naukowa wiedza w kombinacji z dźwiękami alarmowymi została w pewnym stopniu wykorzystana w niektórych patentach, np. US lub US , które stanowią najbliższy stan techniki. Istota wynalazku [0006] Wynalazek dotyczy systemu dźwiękowego o cechach według zastrzeżenia 1, sposobu generowania sygnału dźwiękowego o cechach według zastrzeżenia 10, programu komputerowego o cechach według zastrzeżenia 11 i sygnału dźwiękowego o cechach według zastrzeżenia 12. Korzystne przykłady wykonania

4 53/59P35050PL00 4 wynalazku są przedstawione w zastrzeżeniach zależnych, opisie i na figurach. [0007] Wynalazek dotyczy zatem systemu dźwiękowego, który jest korzystnie dostosowany i/lub zdolny do generowania sygnału dźwiękowego, zwłaszcza alarmowego sygnału dźwiękowego. Sygnał dźwiękowy lub większość jego części znajduje się słyszalnym widmie częstotliwości, na przykład między 200 Hz i 8 khz. Sygnał dźwiękowy jest korzystnie zrealizowany jako sztuczny ton, na przykład ton syreny lub ton stały. [0008] Przyglądając się rozkładowi częstotliwości sygnału dźwiękowego można zauważyć, że sygnał dźwiękowy zawiera składową sygnału dźwiękowego o częstotliwości podstawowej. Korzystnie ta składowa przenosi zawartość informacyjną sygnału dźwiękowego. Jak zostanie to później wyjaśnione, składowa ta może być sygnałem o stałej częstotliwości lub przemiataniem częstotliwości, więc ta częstotliwości podstawowa jest funkcją f(t) zależną od czasu. Częstotliwość podstawowa może być najmniejszą częstotliwością w sygnale dźwiękowym lub może znajdować się w dowolnym miejscu lub określonym przez użytkownika na przykład w środku rozkładu częstotliwości. [0009] System dźwiękowy zawiera środki do generowania składowej sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej i środki do generowania dodatkowych składowych sygnału dźwiękowego na innych częstotliwościach niż częstotliwość podstawowa. W celu zwiększenia głośności sygnału dźwiękowego, składowe są oddzielone od siebie w taki sposób, że znajdują się one w oddzielnych tak zwanych krytycznych pasmach częstotliwości, oddzielonych od siebie przez pasma oddzielające. Pasma oddzielające mogą być zrealizowane jako silnie blokujące pasma, w innych przykładach wykonania, amplitudy sygnału dźwiękowego w oddzielających pasmach częstotliwości są bardzo małe w porównaniu na przykład do amplitudy sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej.

5 53/59P35050PL00 5 [0010] Zgodnie z wynalazkiem zaproponowano, aby system dźwiękowy zawierał środki do określania i/lub sterowania zależnościami fazowymi składowych sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej, jak również na innych częstotliwościach. [0011] Jedną konkluzją wynalazku jest to, że zależności fazowe stanowią zestaw parametrów, które nie wpływają na wartość RMS, tj. wartość skuteczną. Gdy składowe częstotliwości sygnału są w różnych krytycznych pasmach, to wtedy też nie ma to wpływu na głośność sygnału dźwiękowego. Zatem zmiana zależności fazowych nie zakłóca technicznych lub słyszalnych cech sygnału dźwiękowego. Jednakże zmiana zależności fazowych pozwala na modyfikowanie tak zwanego współczynnika szczytu, więc sygnał dźwiękowy może być dostosowany do charakterystyk wzmacniacza, umożliwiając na przykład zwiększanie maksymalnego poziomu wyjściowego wzmacniacza dla tego samego napięcia zasilania. Alternatywnie, współczynnik szczytu może być zoptymalizowany dla wykorzystania wzmacniacza z jego maksymalną wydajnością. W szczególności wydajność wzmacniaczy działających w klasie AB, klasie G i klasie H jest bardzo zależna od poziomu sygnału. [0012] Poniżej przedstawiono kilka definicji dotyczących określeń RMS, współczynnik szczytu itp. Należy zaznaczyć, że definicje te stanowią jedynie wskazówki dla zrozumienia ogólnej koncepcji wynalazku i korzystnie nie powinny ograniczać zakresu tych określeń. [0013] Uproszczony sygnał podstawowy s0(t) jako pojedyncza sinusoida o amplitudzie a0 i częstotliwości f0 wyrażony jest następująco: [0014] Wartość skuteczna (RMS) pojedynczej sinusoidy jest wyrażona jako:

6 53/59P35050PL00 6 [0015] Wartość RMS zespołu tonów zawierającego wiele sinusoid jako składowych, przy czym składowe stanowią N harmonicznych częstotliwości f0, jest wyrażona jako: [0016] Współczynnik szczytu sygnału dźwiękowego jest określony jako wartość szczytowa sygnału dźwiękowego podzielona przez wartość skuteczną (RMS) sygnału dźwiękowego. Dla sygnału s(t) ciągłego w dziedzinie czasu o okresie T, współczynnik szczytu jest wyrażony jako: [0017] Współczynnik szczytu dla czystej sinusoidy wynosi [0018] W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku zależności fazowe są wybrane w celu zmniejszenia i/lub zminimalizowania współczynnika szczytu sygnału dźwiękowego na przykład w porównaniu do referencyjnego sygnału dźwiękowego mającego jednakowe wartości fazy dla wszystkich składowych (np. wszystkie zerowe fazy). Zmniejszenie może być uzyskane przez obniżenie szczytu zespołu tonów przez indywidualne regulowanie fazy każdej ze składowych. Sygnał dźwiękowy z wieloma dodatkowymi częstotliwościami jest wyrażony jako: [0019] Znawca z dziedziny jest w stanie znaleźć algorytmy dla zmniejszania lub minimalizowania współczynnika szczytu

7 53/59P35050PL00 7 przez regulowanie fazy każdej składowej. Na przykład mógłby zostać wykorzystany algorytm iteracyjny. W pobieżny sposób, możliwe jest także generowanie dużych ilości losowych faz i wybieranie zestawu, który generuje najmniejszy współczynnik szczytu. [0020] W celu wyznaczenia mierzalnej granicy, zdefiniowany jest korzystny przykład wykonania wynalazku przez wprowadzenie współczynnika szczytu sygnału dźwiękowego, który jest mniejszy niż 80%, w szczególności mniejszy niż 60%, a zwłaszcza mniejszy niż 40% współczynnika szczytu referencyjnego sygnału dźwiękowego mającego maksymalny współczynnik szczytu i/lub wszystkie składowe mają jednakową fazę. Inna możliwa mierzalna granica może być taka, że współczynnik szczytu składowej na częstotliwości podstawowej jest mniejszy niż współczynnik szczytu pełnego sygnału dźwiękowego. Korzystnie współczynnik szczytu składowej na częstotliwości podstawowej jest mniejszy niż 80%, w szczególności mniejszy niż 60%, a zwłaszcza mniejszy niż 40% współczynnika szczytu pełnego sygnału dźwiękowego. [0021] W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, dodatkowe częstotliwości są harmonicznymi częstotliwości podstawowej. W tym połączeniu możliwe jest, że harmoniczne są kolejnymi harmonicznymi, lub że tylko niektóre harmoniczne są wybrane jako inne częstotliwości. Korzystnie uwzględniane są tylko te harmoniczne, które są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej, ponieważ to nie będzie powodować zmiany obserwowanej wysokości tonu sygnału alarmowego i nie wprowadzi dudnień. [0022] Korzystnie, ustawiona jest granica fmax górnej częstotliwości dla dodanych harmonicznych. Zaletą takiej górnej częstotliwości jest to, że widmo częstotliwości może być utrzymane w granicach słyszalnego widma i nie traci się rezerwy przesterowania ani mocy na mniej słyszalne składowe częstotliwości. Dla urządzeń rozgłoszeniowych, opcjonalnie

8 53/59P35050PL00 8 można wziąć pod uwagę, że uwzględniony mógłby zostać nie tylko średni lub medianowy ludzki układ zdrowego słuchu, ale że ludzie w każdym wieku powinni być w stanie dobrze usłyszeć sygnał dźwiękowy. Granica górnej częstotliwości słuchu obniża się wraz z wiekiem. Korzystnym wyborem dla granicy górnej częstotliwości byłaby wartość 8 khz. [0023] Dzięki wykorzystaniu określonych harmonicznych częstotliwości podstawowej jako innych częstotliwości, można zapewnić, że inne częstotliwości nie zachodzą na siebie i/lub są oddzielone przez oddzielające pasma częstotliwości. [0024] Ale co więcej zjawiska psychoakustyczne są korzystnie uwzględniane przez dodatkowe opracowanie wynalazku. Wiadomo, że ludzki słuch nie odbiera pojedynczej częstotliwości sygnału dźwiękowego, ale poszerzone pasmo częstotliwości. Ekwiwalentna prostokątna szerokość pasma lub ERB jest miarą wykorzystywaną w psychoakustyce, która zapewnia aproksymację dla szerokości pasm filtrów ludzkiego słuchu, z wykorzystaniem uproszczenia modelowania filtrów jako prostokątnych filtrów pasmowoprzepustowych. Wzór dla danej częstotliwości środkowej fc wyrażonej w [Hz] jest następujący: [0025] Opcjonalnie filtr słuchowy może zawierać składnik korekcyjny, uwzględniający wiek docelowych osób. Wiadomo, że szerokość pasma filtra słuchowego powiększa się wraz z wiekiem. Reguła praktyczna jest taka, że ekwiwalentna szerokość prostokątna pasma (ERB) wynosi w przybliżeniu 11% częstotliwości środkowej dla wieku wynoszącego 20 lat i wzrasta o 2% dla każdej dekady. Będzie to wpływać na percepcję głośności docelowej osoby. [0026] W dodatkowym rozwinięciu harmoniczne wybrane są tak, że pasma częstotliwości wynikające z harmonicznych rozszerzonych przez filtr słuchowy także nie zachodzą na

9 53/59P35050PL00 9 siebie. Możliwa implementacja tego dodatkowego rozwinięcia jest realizowana przez poniższy skrypt, który może być wykonany na przykład w systemie MATLAB, który zwraca harmoniczne częstotliwości podstawowej f: function h = getharmonics(f) fmax = 8e3; m = 1; n=1; lastn = 1; ERBw1 = 24.7*(4.37*f/1000+1); ERBw2 = 24.7*(4.37*2*f/1000+1); while n*f < fmax, if lastn*f+0.5*erbw1 < (n+1)*f0.5*erbw2 h(m) = n; m = m+1; lastn = n+1; end n = n+1; ERBw1 = 24.7*(4.37*lastn*f/1000+1); ERBw2 = 24.7*(4.37*(n+1)*f/1000+1); end [0027] Oprócz analitycznej metody definiowania dodatkowych składowych, można by także rozważyć wykorzystanie metody z tablicą przeglądową, przy czym dopuszczalna jest tylko jedna z dodatkowych składowych przypadająca na przedział tak zwanej skali Barka. Skala Barka obejmuje zakres od 1 do 24 i odpowiada pierwszym 24 krytycznym pasmom słuchu. Kolejnymi brzegami pasm są: (w Hz) 20, 100, 200, 300, 400, 510, 630, 770, 920, 1080, 1270, 1480, 1720, 2000, 2320, 2700, 3150, 3700, 4400, 5300, 6400, 7700, 9500, 12000, [0028] W jeszcze innym rozwinięciu proponuje się, aby system dźwiękowy był przystosowany do generowania sygnału dźwiękowego

10 53/59P35050PL00 10 w oparciu o zależną od czasu częstotliwość podstawową f(t). Na przykład, wiele dźwięków alarmowych opiera się na przemiataniu częstotliwości. Podczas przemiatania, ilość i położenie harmonicznych może się zmieniać z powodu zmiany częstotliwości podstawowej. To mogłoby prowadzić do nieciągłości głośności i artefaktów w sygnale dźwiękowym. Proponuje się rozwiązać ten problem przez wykorzystanie stałej ilości harmonicznych. Na przykład liczba harmonicznych jest mniejsza niż 20, korzystnie mniejsza niż 12, a zwłaszcza mniejsza niż 8 harmonicznych. [0029] Ponieważ określenie położenia i liczby harmonicznych są bardziej istotne dla wyższych częstotliwości niż dla niższych częstotliwości, korzystne jest, żeby najwyższa częstotliwość dla zależnej od czasu częstotliwości podstawowej określała wybór i liczbę harmonicznych, na przykład przez wykorzystanie skryptu przedstawionego powyżej. Zatem, najwyższa częstotliwość podstawowa w przemiataniu określa maksymalną ilość harmonicznych. Następnie, rzędy harmonicznych najniższej częstotliwości podstawowej są dopasowywane z rzędami harmonicznych najwyższej częstotliwości podstawowej, a pasujące rzędy są wybrane jako harmoniczne dla przemiatania. Należy podkreślić, że wynikiem tego procesu wyboru może być sekwencyjny lub niesekwencyjny szereg harmonicznych. [0030] Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób o cechach według zastrzeżenia 10, korzystnie realizowany w systemie dźwiękowym opisanym powyżej, program komputerowy o cechach według zastrzeżenia 11 oraz sygnał dźwiękowy o cechach według zastrzeżenia 12. [0031] Dodatkowe cechy, efekty i zalety staną się widoczne dzięki poniższemu szczegółowemu opisowi i figurom przykładów wykonania wynalazku. Figury przedstawiają: Figura 1 przedstawia schemat blokowy ilustrujący system dźwiękowy jako przykład wykonania wynalazku;

11 53/59P35050PL00 11 Figura 2 przedstawia schemat działań ilustrujący sposób generowania sygnału dźwiękowego w oparciu o stały ton częstotliwości zgodnie z wynalazkiem; Figura 3 przedstawia schemat działań ilustrujący sposób generowania sygnału dźwiękowego w oparciu o przemiatanie tonu częstotliwość zgodnie z wynalazkiem; Figura 4 przedstawia wykres ilustrujący rozkład aktualnych harmonicznych względem możliwych częstotliwości podstawowych. [0032] Figura 1 przedstawia schemat blokowy systemu dźwiękowego 1 do generowania sygnału alarmowego. Takie sygnały alarmowe są wykorzystywane, na przykład, w połączeniu z urządzeniami rozgłoszeniowymi. System dźwiękowy 1 zawiera moduł 2 do generowania składowej sygnału alarmowego na częstotliwości podstawowej i moduł 3 do generowania dodatkowych składowych sygnału alarmowego na innych częstotliwościach. Moduł sterujący 4 jest zdolny do sterowania modułami 2 i 3 tak, że wynikowy sygnał alarmowy posiada specjalne właściwości zapewniające korzyści, gdy sygnał alarmowy jest doprowadzany do wzmacniacza 5. [0033] Figura 2 ilustruje sposób generowania sygnału alarmowego o specjalnych właściwościach. Wynikowy sygnał dźwiękowy jest tworzony rozpoczynając od etapu 6 z wykorzystaniem sygnału o stałej częstotliwości podstawowej f, która stanowi pierwszą składową sygnału alarmowego. [0034] W następnym etapie 7, określane są harmoniczne częstotliwości podstawowej f, które tworzą dodatkowe składowe sygnału alarmowego. Harmoniczne stanowią całkowite wielokrotności częstotliwości podstawowej f, ponieważ to nie będzie powodować zmiany postrzeganej wysokości tonu dla dźwięku alarmowego i nie będzie wprowadzać dudnień. [0035] Ponieważ filtr słuchowy słuchaczy sygnału alarmowego poszerza harmoniczne do pasm harmonicznych, harmoniczne są

12 53/59P35050PL00 12 wybierane tak, że wspomniane pasma harmonicznych nie zachodzą na siebie, aby umożliwić dużą głośność wynikowego sygnału alarmowego. Filtr słuchowy może być reprezentowany jako filtr ERB, jak wyjaśniono powyżej, i może dodatkowo posiadać składnik korekcyjny dla zmniejszającej się zdolności słuchu wraz z wiekiem słuchacza. [0036] Następną kwestią jest to, że słyszalne widmo jest także ograniczane odnośnie zakresu częstotliwości, więc korzystne jest wykorzystanie granicy fmax górnej częstotliwości, która odcina składowe, które nie mogą być w ogóle usłyszane lub tylko nieskutecznie usłyszane przez słuchaczy. Możliwa górna częstotliwość fmax wynosi 8 khz. [0037] Po etapach 6 i 7 sygnał alarmowy jest określany odnośnie wartości skutecznej RMS i głośności. W etapie 8 ustawia się zależności fazowe składowych, tj. sygnał na częstotliwości podstawowej i harmonicznych. Jak już przedstawiono w opisie, zależności fazowe są ustawiane tak, że współczynnik szczytu sygnału alarmowego jest zmniejszany lub minimalizowany. Ten zmienny współczynnik szczytu umożliwia optymalne dopasowanie dla sygnału alarmowego i zastosowanego wzmacniacza, ponieważ wydajność mocy określonego typu wzmacniacza zależy od poziomu sygnału i jego współczynnika szczytu. Nowy sygnał alarmowy generuje teraz większą postrzeganą głośność dla tego samego zużycia mocy RMS, jak alarm o czystym tonie; dla dowolnych wartości fazy swoich składowych, będzie on brzmiał tak samo i ma tę samą postrzeganą głośność oraz może mieć określony współczynnik szczytu (w określonych granicach) przez manipulowanie wartościami fazy dla swoich składowych, co pomaga dopasować sygnał do specyfikacji wzmacniacza. [0038] Dodatkowa zaleta wykorzystania wielu składowych częstotliwości zamiast czystego tonu polega na tym, że ludzie z wadami słuchu w pewnym zakresie częstotliwość wciąż będą zauważać ton alarmowy lub sygnał zwracający uwagę, jeżeli nie

13 53/59P35050PL00 13 wszystkie spośród składowych częstotliwości należą do problematycznego zakresu częstotliwości. [0039] Ponadto, w przypadku, gdy maskujący szum tła występuje w określonym zakresie częstotliwość, np. pochodzący od pracujących urządzeń, sygnał alarmowy może wciąż być usłyszany, podczas gdy czysty ton w tym zakresie częstotliwość mógłby pozostać niezauważony. [0040] Zmniejszanie współczynnika szczytu jest szczególnie korzystne w połączeniu ze wzmacniaczami klasy AB, klasy G i klasy H, takimi jak wzmacniacz 5 na figurze 1. Wybór harmonicznych i zależności fazowych jest wykonywany przez moduł sterujący 4. [0041] Figura 3 ilustruje sposób generowania sygnału alarmowego dla sygnału podstawowego z zależną od czasu częstotliwością f(t) jako częstotliwością podstawową. Ponownie w etapie 6 określany jest sygnał podstawowy, reprezentujący, na przykład, przemiatanie częstotliwości lub syrenę. [0042] W następnym etapie 9, maksymalna lub krytyczna częstotliwość sygnału podstawowego jest określana i harmoniczne są obliczane w podobny sposób jak opisano w powiązaniu z ostatnią figurą. W odróżnieniu od ostatniej figury, harmoniczne są obliczane dla maksymalnej lub krytycznej częstotliwości sygnału podstawowego, ponieważ ta częstotliwość określa maksymalną ilość harmonicznych. Uzasadnienie dla tego rozwiązania jest przedstawione na figurze 4, gdzie wybrane harmoniczne są przedstawione w funkcji częstotliwości podstawowej. Na tej figurze, granica górnej częstotliwości dla składowych harmonicznych wynosi 8 khz. Dla wszystkich rozpatrywanych częstotliwości, zawartość harmonicznych jest dosyć stała w znacznie dużych szerokościach pasma. W niektórych przykładach wykonania, liczba harmonicznych jest ograniczona do mniej niż 10. Po wyborze harmonicznych, zależności fazowe są dostosowane w etapie 8 jak opisano w powiązaniu z figurą 2.

14 53/59P35050PL00 14 [0043] Innym sposobem generowania tego tonu lub sygnału przemiatania jest nie generowanie harmonicznych w odrębnym etapie w chwili odtwarzania, ale dokładne określenie sygnału składającego się z częstotliwości podstawowej z wybranymi harmonicznymi z optymalną amplitudą i zależnościami fazowymi. Następnie generuje się tablicę kształtu próbek dla tego sztucznego sygnału, który jest odczytywany z pamięci ze stałą lub zmienną szybkością. [0044] Sposób, w jaki wzmacniacz radzi sobie z sygnałami o różnych współczynnikach szczytu zależy od zasady działania wzmacniacza. [0045] Wzmacniacz klasy D, na przykład, ma dużą sprawność (zwykle powyżej 90%) i sprawność ta nie zmieni się wiele dla sygnału wyjściowego z małym współczynnikiem szczytu lub dużym współczynnikiem szczytu. Jednak mały współczynnik szczytu uwzględnia sygnał wyjściowy o wyższym poziomie przed nastąpieniem obcinania, gdy wartości szczytowe napięcia wyjściowego są bliskie napięciu (napięciom) zasilania. [0046] Sytuacja jest inna dla wzmacniaczy klasy AB lub klasy B. Jeżeli pomija się prąd bierny wzmacniacza klasy AB i jest on rozpatrywany po prostu jako wzmacniacz klasy B, to wtedy wzmacniacz klasy B posiada sprawność, która jest funkcją napięcia wyjściowego jako części maksymalnego napięcia wyjściowego. Teoretycznie, dla czystej fali sinusoidalnej, maksymalna sprawność jest uzyskiwana, gdy napięcie wyjściowe jest równe maksymalnemu napięciu wyjściowemu (poziom obcinania). Wtedy sprawność wynosi π/4, lub 78,5%. Sprawność zmniejsza się liniowo wraz ze wskaźnikiem modulacji sygnału wyjściowego k=u out peak /U supply. Zatem, ze względu na sprawność, dobrze jest, gdy następuje maksymalna modulacja (k = 1) i sterowanie wzmacniaczem bliskie obcinania z sygnałem mającym mały współczynnik szczytu. To wytworzy największą moc wyjściową rms.

15 53/59P35050PL00 15 [0047] Jednak w wielu przypadkach wzmacniacz klasy B jest zaprojektowany tak, aby miał dużą szczytową moc wyjściową, która może być dostarczana tylko przez krótką chwilę oraz dużo mniejszą moc wyjściową, która może być dostarczana w sposób ciągły. Zasilacz i radiatory wzmacniacza są skalowane w dół ze względu na koszty. Jest to obowiązujący cel projektowania, ponieważ współczynnik szczytu sygnału muzycznego i mowy jest zwykle dość wysoki, w okolicy 15 db. Zasilacz i radiatory wzmacniacza są zaprojektowane tak, aby były dopasowane do maksymalnej mocy rms typowego sygnału muzycznego/mowy, natomiast napięcia zasilające wzmacniacza są zaprojektowane dla wartości, która jest dopasowana do szczytowej mocy wyjściowej, którą wzmacniacz powinien dostarczać. Jeżeli wykorzystywany jest taki wzmacniacz, ciągły ton alarmowy może być dostarczany jedynie na poziomie, który jest dopasowany do ciągłej mocy wyjściowej rms wzmacniacza, lub niższym. W takim przypadku korzystne mogłoby być zmodyfikowanie kształtu fali tonu alarmowego dla uzyskania dużego współczynnika szczytu w celu zminimalizowania rozpraszania wzmacniacza. Mimo że sprawność wzmacniaczy klasy B wzrasta wraz z indeksem k modulacji do już wspomnianej wartości π/4 dla k = 1, rozpraszanie wzmacniacza klasy B osiąga maksimum dla k = 2/π = 0,637. Zatem, z punktu widzenia minimalizowania rozpraszania wzmacniacza dla tej samej mocy wyjściowej rms, korzystne może być utrzymanie poziomu sygnału tonu alarmowego na niskim poziomie (k << 0,637) przez większość czasu, z jedynie krótkimi okresowymi wartościami szczytowymi (k> 0.637). W ten sposób sygnał tylko przez krótki czas przechodzi przez obszar dużego rozpraszania. [0048] Kolejną klasą wzmacniacza, który jest często wykorzystywany, jest wzmacniacz klasy G. Ten rodzaj wzmacniacza wykorzystuje wiele napięć zasilania i wzmacniacz jest zaprojektowany w taki sposób, że niższe napięcie (napięcia) zasilania są wykorzystywane tak długo, jak długo

16 53/59P35050PL00 16 sygnał wyjściowy jest wystarczająco mały, aby uniknąć obcinania, zaś wyższe napięcie (napięcia) zasilania są wykorzystywane dla sygnału wyjściowego, który przekracza granice niższego napięcia (napięć) zasilania. Większość wzmacniaczy klasy G wykorzystuje dwa lub trzy poziomy napięcia zasilania. W przypadku dwóch poziomów niższe napięcie wynosi zwykle 1/3 lub 1/2 wyższego napięcia (n = 1/3 lub n = 1/2). Ten rodzaj wzmacniacza ma zwykle znacznie wyższą sprawność niż wzmacniacz klasy B, który miałby tylko najwyższe napięcia zasilania dla tej samej maksymalnej mocy wyjściowej. Na przykład zobacz dokument Highest Efficiency And Super Quality Audio Amplifier Using MOS Power Fets In Class G Operation, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-24, No. 3, sierpień 1978, oaz Average Efficiency Of Class-G Power Amplifiers, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-32, No. 2, maj Dla wzmacniacza klasy G bardzo korzystne jest sprawienie, że współczynnik szczytu sygnału alarmowego będzie mały i utrzymanie szczytowego napięcia wyjściowego bezpośrednio poniżej poziomu niższego napięcia zasilania. W ten sposób może być uzyskana wysoka sprawność i małe rozpraszanie. Gdyby współczynnik szczytu był nieco wyższy dla tego samego poziomu rms, wtedy k wzrósłby i wzmacniacz przeszedłby na wyższe napięcie zasilania oraz rozpraszanie wzrosłoby gwałtownie, chociaż głośność sygnału pozostałaby taka sama. [0049] Jako przykład figura 5 przedstawia dwa sygnały, przy czym sygnał o niskim współczynniku szczytu (wskazany jako optymalna faza) posiada współczynnik szczytu wynoszący 3,2 db, sygnał o wysokim współczynniku szczytu (wskazany jako zerowa faza) posiada współczynnik szczytu wynoszący 7,2 db. Ten sygnał zawiera 4 fale sinusoidalne, jedną częstotliwość podstawową i pierwsze 3 harmoniczne. Mimo że kształty fali są wyraźnie różne i w oczywisty sposób mają różny współczynnik

17 53/59P35050PL00 17 szczytu, te dwa zestawy brzmią tak samo. Wskazanie w db jest wyznaczone przez zależność Crest db =10*log(Crest 2 ). [0050] Kolejną rzeczą, o której należy wspomnieć jest wykorzystanie tak zwanego filtra ważącego A, który jest wykorzystywany, gdy poziom ciśnienia akustycznego (SPL) jest mierzony podczas uruchomienia systemu. W porównaniu do pojedynczej fali sinusoidalnej, bardziej złożone tony z harmonicznymi zapewnią wyższy odczyt dla tego samego poziomu rms, ponieważ większy nacisk kładzie się na harmoniczne między 800Hz i 8kHz, w porównaniu do typowej częstotliwości podstawowej, która zawiera się między 300Hz i 800Hz. To może być istotne, ponieważ podczas uruchomienia zmierzony rzeczywisty poziom SPL decyduje o tym, czy system jest zgodny, a nie postrzegana głośność tonu alarmowego. Niestety pomiary nie odzwierciedlają w pełni rzeczywistego wzmocnienia złożonych tonów alarmowych, ponieważ nie uwzględniają one modelów głośności ludzkiego układu słuchu. Robert Bosch GmbH Pełnomocnik:

18 53/59P35050PL00 18 Zastrzeżenia patentowe 1. System dźwiękowy (1), a zwłaszcza dźwiękowy system alarmowy, do generowania alarmowego sygnału dźwiękowego, zawierający: środki do generowania (2) składowej alarmowego sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej, środki do generowania (3) dodatkowych składowych alarmowego sygnału dźwiękowego na innych częstotliwościach niż częstotliwość podstawowa, przy czym częstotliwość podstawowa i inne częstotliwości są od siebie oddzielone przez oddzielające pasma częstotliwości w celu zwiększenia głośności alarmowego sygnału dźwiękowego, wzmacniacz (5), przy czym alarmowy sygnał dźwiękowy jest doprowadzany do wzmacniacza (5), znamienny przez środki do określania i/lub sterowania (4) zależnościami fazowym składowych alarmowego sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej i na innych częstotliwościach, przy czym zależności fazowe składowych alarmowego sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej i na innych częstotliwościach są wybrane w celu zmniejszenia i/lub zminimalizowania współczynnika szczytu alarmowego sygnału dźwiękowego, tak, że zmniejszony współczynnik szczytu jest mniejszy niż 80% współczynnika szczytu referencyjnego sygnału dźwiękowego, przy czym wszystkie składowe referencyjnego sygnału dźwiękowego mają jednakową fazę, umożliwiając optymalne dopasowanie dla alarmowego sygnału dźwiękowego i zastosowanego wzmacniacza (5). 2. System dźwiękowy (1) według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zmniejszony współczynnik szczytu jest mniejszy niż 60%, a

19 53/59P35050PL00 19 zwłaszcza mniejszy niż 40% współczynnika szczytu referencyjnego sygnału dźwiękowego. 3. System dźwiękowy (1) według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że dodatkowe częstotliwości są harmonicznymi częstotliwości podstawowej lub są z nich wybrane. 4. System dźwiękowy (1) według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że oddzielające pasma częstotliwości są określone przez oszacowanie filtra słuchowego na częstotliwości podstawowej i innych częstotliwościach, przy czym filtr słuchowy przypisuje szerokość pasma do każdej częstotliwości, włączając każdą częstotliwość do pasma częstotliwości, przy czym ustanowione pasma częstotliwości nie zachodzą na siebie. 5. System dźwiękowy (1) według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że filtr słuchowy jest zrealizowany jako filtr ekwiwalentnej prostokątnej szerokości pasma (ERB). 6. System dźwiękowy (1) według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że wszystkie częstotliwości znajdują się w słyszalnym widmie, korzystnie poniżej 8 khz. 7. System dźwiękowy (1) według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że wartość częstotliwości podstawowej jest zależna od czasu. 8. System dźwiękowy (1) według zastrzeżenia 7, znamienny tym, że największa wartość częstotliwości zależnej od czasu częstotliwości podstawowej określa maksymalną liczbę rzędów harmonicznych dla dodatkowych składowych alarmowego sygnału dźwiękowego.

20 53/59P35050PL Sposób generowania alarmowego sygnału dźwiękowego, przy czym składowa alarmowego sygnału dźwiękowego jest generowana na częstotliwości podstawowej, przy czym dodatkowe składowe alarmowego sygnału dźwiękowego są generowane na innych częstotliwościach niż częstotliwość podstawowa, przy czym częstotliwość podstawowa i inne częstotliwości są od siebie oddzielone przez oddzielające pasma częstotliwości w celu zwiększenia głośności alarmowego sygnału dźwiękowego, przy czym alarmowy sygnał dźwiękowy jest doprowadzany do wzmacniacza (5), znamienny tym, że zależności fazowe składowych alarmowego sygnału dźwiękowego na częstotliwości podstawowej i na innych częstotliwościach są wybrane w celu zmniejszenia współczynnika szczytu sygnału dźwiękowego przy jednoczesnym utrzymaniu wartości RMS alarmowego sygnału dźwiękowego na stałym poziomie, tak, że zmniejszony współczynnik szczytu jest mniejszy niż 80% współczynnika szczytu referencyjnego sygnału dźwiękowego, przy czym wszystkie składowe referencyjnego sygnału dźwiękowego mają jednakową fazę, umożliwiając optymalne dopasowanie dla alarmowego sygnału dźwiękowego i zastosowanego wzmacniacza (5). 10. Program komputerowy zawierający środki kodu programu umożliwiające zrealizowanie sposobu według zastrzeżenia 9, gdy program komputerowy jest wykonywany w komputerze i/lub systemie dźwiękowym (1) według jednego z zastrzeżeń od 1 do 8. Robert Bosch GmbH Pełnomocnik:

21 53/59P35050PL00 21

22 53/59P35050PL00 22

23 53/59P35050PL00 23