音频系统、校准模块、运行方法和计算机程序与流程

本发明涉及一种音频系统、一种校准模块、一种用于所述音频系统和所述校准模块的运行方法和一种计算机程序。

背景技术：

在许多音频系统中——特别是在语音报警设施中，但也在另外的音频系统——在所述另外的音频系统中，重要的是长期的可用性和运行安全性——中，使用对电路零件、设备和连接导线的导频音监视。因此，至少对于电子部件而言，可以满足对音频路径的长期监视的要求(例如在标准en54-16中)。

由可能构成最接近的现有技术的wo2006/050754a2已知一种扬声器通知系统。在控制装置和监视装置之间的双向通信持续地监视扬声器线路和扬声器的存在和状态。通信在现有的从音频放大器到扬声器的音频线路上以频分复用的方式进行。与双向的数据通信组合地，从音频频率、优选由音频放大器产生的20khz导频音中提取用于监视装置的能量供给。滤波防止在音频信号和/或通信信号和/或能量供给之间的相互作用。

技术实现要素：

在本发明的框架中，提出一种用于根据权利要求1所述的音频系统的校准单元。本发明的优选的或者有利的实施方式从从属权利要求、后续的说明书以及附图得出。

在此，音频系统包含用于产生音频有用信号的音频源设备、用于接收音频有用信号的音频目标设备和用于音频有用信号从音频源设备到音频目标设备的传输路径。音频系统也包含用于产生沿从音频源设备出来到音频目标设备的方向、待通过传输路径传输的导频音的发生器、和连接在传输路径上的、用于导频音的至少一个探测器。所述探测器具有用于与导频音的探测相关的探测器信号的探测器输出端。对于导频音而言，——尤其在发生器中——至少一个确定导频音的参数可改变。在此，尤其首先，导频音电平可改变。但频率也可改变。此外，在探测器中，探测阈值可改变。

校准单元包含用于自由选择地调节参数的输入单元，其中，对于参数的至少一个值，所有探测器的探测器信号在已知传输路径无故障的情况下表明探测到导频音。

本发明基于以下考虑：即音频系统具有导频音监视装置。导频音监视装置包括导频音发生器，所述导频音发生器通常存在于音频源设备中、即音频源(例如音频控制器、语音站(sprechstelle)等等)。导频音发生器也包括——在使用探测器的情况下——在跟随的电路零件或者音频设备(例如音频放大器、监视单元等等)、即音频目标设备中的导频音分析处理装置。“跟随”意味着，探测器在用于有用信号的信号路径中布置在发生器下游。只要在导频音分析处理装置中探测到导频音，则音频路径、即在发生器和探测器之间的传输路径运行正常。一旦在分析处理装置中不再识别到导频音，则报告在传输路径中的故障。导频音分析处理装置可以在传输路径中布置在不同的位置上，以便将故障限界在传输路径的确定的部分上。所述导频音分析处理装置尤其也如此布置，使得也监视整个重要相关的传输路径，所述传输路径对于有用信号而言应可供使用。

在此，对导频音监视的要求可以是，监视或者导频音——尤其除了音频有用信号之外和在没有音频有用信号的情况下——应是不可听见的，并且音频有用信号的音频质量不应受损。因此，应将导频音发生器调节到尽可能低的电平和合适的频率上——尤其在听觉范围和/或所连接的扬声器的传输范围的边缘处或者边缘之外的频率上。

在许多已知的音频系统中，导频音被调节到固定的频率和固定的电平上，在其他的系统中，可以由安装工人在系统配置期间针对相应的状况手动地匹配参数。然后，一次性地固定的配置不再改变。

固定的导频音调节的缺点在于，必须如此选择频率和电平，使得导频音分析处理装置在所有的系统条件下正常工作，例如在不同的增益和频率特性的情况下。因此，电平和频率必须位于“可靠的侧”上并且因此通常被调节到过高的(电平)或者离可听见的范围(频率)过近。因此，在确定的情况(高品质的扬声器、高的增益)下，导频音变得可听见和/或损坏音频有用信号的音频质量。

在本发明的意义下的“自由选择”的意思是，总是在任意的时刻、也在音频系统运行时可以简单地调节或者再调整参数或者其值。因此，能够简单和及时地与在音频系统中的给定条件或者改变持续地匹配。因此，总是可以尽可能如此调节导频音，使得避免以上描述的效果。

除了实际的信号线路之外，“传输路径”也附带包含在信号路径中的所有其他的部件，即例如连接在中间的音频源设备或者音频目标设备，所述音频源设备或者音频目标设备由有用信号和导频音通过。音频信号处理器、放大器、路由器等等也算作在信号路径中的“其他的部件”。这些通常不被称作音频源设备或者音频目标设备并且在这里附加地列出。用于此的共同的名称是“音频信号处理设备”。导频音在音频系统中与音频有用信号采用相同的路径。

在音频系统中也可能存在多个音频源设备和/或音频目标设备和/或传输路径和/或发生器。基本上，可能存在多个音频源设备和音频目标设备并且因此在音频系统中也可能同时存在多个音频有用信号。多个发生器也可能出现在音频系统中。所述多个发生器用于监视不同的音频路径或者也用于区段式地监视音频路径。对于每个音频源设备，多个音频目标设备可以位于相同的传输路径上。在音频系统中也可能存在多个音频源设备，所述多个音频源设备具有各一个传输路径。导频音不同于音频有用信号。通常，导频音不仅仅在传输路径的一个区段上传输，而且在其整个长度上、尤其从音频源设备到离得最远的音频目标设备和/或传输路径的线路终端的整个长度上传输。然后，相应的探测器位于那里。但在传输路径中也可能存在多个区段，所述多个区段分隔开地具有相应的发生器和探测器地构型。这在例如当多个单个的音频部件和连接线路位于传输路径中时设置，以便能够更好地封锁可能存在的故障缘由。

在探测器中尤其通常仅仅分析处理导频音的电平。在一些情况下，分析处理还与频率相关地进行。在此，对导频音信号进行滤波。导频音监视应首先确保，基本上能够传输音频信号。然而，在调准导频音时、即在已知或者假定传输路径的状态好的情况下，探测器信号用于调准导频音并且因此反映音频系统的用于导频音的原则上的传输可能性。

也可以考虑，将导频音不仅仅、尤其首要地用于扬声器线路的监视，而且也、尤其主要地用于监视单元的能量供给。对此也有意义的是，使用根据本发明的——尤其自动的——导频音调节，例如以便补偿在扬声器线路上的电压降(例如根据长度和横截面积)以及其他的电平影响。否则，在这里也必须手动地调节电平。

在一种优选的实施方式中，探测器信号为二进制信号。该探测器信号通过以下方式表明在探测器上探测到导频音，即该探测器信号采用其两种状态，例如激活的。否则，该探测器信号采用第二状态，例如未激活的。因此该二进制信号表明，是否探测到导频音。当该探测器信号正常的、也即监视运行中例如是激活的时候，传输路径(传输线路)无故障，当该探测器信号是未激活的时候，传输路径有故障。

根据本发明，根据校准单元可以随时和自由选择地进行导频音的调节或者再调整。因此可能的是，总是并且以在音频系统的传输边界处的、尽可能小的电平和尽可能高或者低的频率调节所述导频音。然而，在实践中，校准尤其主要在音频系统开始运转时和/或在设施的定期检验时进行。校准单元尤其不是设备，而是软件模块。

本发明可以应用在语音报警系统、其他的专业的音频系统、会议系统、对讲机系统中，尤其应用在安全技术的领域中。也可以考虑在其他的音频设施——例如汽车音频中的应用。

在本发明的一种优选的实施方式中，校准单元具有用于输出探测器中的至少一个探测器的、优选所有探测器的探测器信号的输出单元。因此，在校准单元中也可以立即控制，在当前调节的参数或者导频音的情况下，所有的探测器是否实际上接收到导频音并且以上所述的边界是否特别好地被充分利用。参数的调节特别简单并且在没有附加的辅助工具的情况下是可能的。

在一种优选的实施方式中，校准单元包含对所述探测器中的至少一个探测器的、优选所有探测器的参数产生作用的校准模块，所述校准模块与相应的探测器输出端连接，并且所述校准模块构造用于按照校准标准、根据所述探测器信号自动地如此调节所述参数的值，使得在已知传输路径无故障的情况下所述探测器信号表明探测到所述导频音。

校准模块或者在使用输入单元的情况下或者在绕开输入单元的情况下、即在没有输入单元的情况下对参数产生作用。

该实施方式基于以下考虑，导频音监视的手动匹配具有以下缺点：其耗时并且因此导致附加的成本，并且安装工人的好的技术理解力以及用于检验功能的测量设备是必需的。此外，这种方法是容易出错的，因为可能不是所有的系统状态被考虑到。

与之相比，根据校准标准确保，在已知在发生器和探测器之间——即尤其在音频源设备和音频目标设备之间——的传输路径无故障的情况下，在探测器中探测到导频音。

通过所提出的、导频音监视的自动校准尤其可以自动地平衡在音频系统中的以下差异、偏差、误差等等：由于在各个所参与的设备中的电路公差引起的——总是针对到达探测器上的导频音考虑的——电平差异、由于在音频传输路径中的长的线路引起的电平下降、由于在不同的音频放大器模型中的不同的增益因子引起的电平差异、由多个音频放大器在控制器输出端上的并行的接头决定、即由在控制器上的音频输出端的较高的负荷决定的电平下降、由在音频放大器的输出端上的70v接头或者100v接头的使用决定的电平差异(3db电平差异)、例如由增音器在音频路径中的嵌入所导致的不同的频率特性、例如由不同的采样率或者在数字的音频系统中所使用的模/数转换器和数/模转换器中的差异决定的不同的频率特性、由在信号路径中的信号处理器功能(例如由增压器、限制器、自动的音量调节等等)导致的电平差异。

即，尤其在音频系统的安装之后或者在开始运转时起动自动的导频音校准。如果在音频传输路径中布置有多个探测器，则这可以对于所有的探测器进行。因此，音频系统可以自动地调节到对于相应的使用情况最有利的电平情况和频率情况，并且可以就不可听见性和音频质量而言独立地优化导频音监视。通过——尤其在系统开始运转时——自动的校准过程节省时间和成本以及避免错误调准。所提出的方法实现不同的音频部件在音频系统中的安装，因为就导频音监视而言自动地平衡音频部件的传输特性。所提出的方法实现不同的系统结构，因为自动地平衡由于长的线路、音频放大器的并联电路、不同的增益因子、音频输出端的负荷等等引起的影响。

即，根据本发明的该实施方式，在音频系统中进行自动的导频音调节。尤其进行导频音电平和导频音频率的自动的和优化的调节以便与在使用不同的设备和系统配置的情况下音频系统的传输特性相适应。

在一种优选的实施方式中，校准标准如此构造，使得校准模块将所述值从可预给定的起始值出发降低或者提高到一极限值上，在该极限值处，探测器信号恰好还表明探测到导频音。

即，从规定的或者可预给定的初步调节(起始值)出发，例如如此长时间地提高电平，直到导频音分析处理装置恰好响应(达到极限值)为止并且已成功地识别出导频音通过相应的音频路径的传输。如果在音频路径中相继地存在多个导频音分析处理装置，则如此长时间地提高导频音电平，直到所有的分析处理装置识别出超过其相应的阈值的电平为止。反之，也可能发生，导频音在规定的初步调节(起始值)时已经在所有的分析处理装置中被识别出。在这种情况下，减小导频音的电平，直到低于在导频音分析处理装置(或者在音频路径中的多个导频音分析处理装置中的一个)中的阈值(极限值)为止。在低于阈值之后，如此长时间地将导频音电平提高到极限值，直到导频音再次可靠地和持续地在导频音分析处理装置中被识别出为止。

以类似的方式优化导频音发生器的频率。在此，(从起始值出发)如此长时间地提高发生器的在上方的音频传输范围中的频率，直到超过系统的极限频率进而发生在导频音分析处理装置中的电平下降为止。一旦在分析处理装置中识别出电平下降，则发生器的频率被调回到之前还成功地探测到的、作为极限值的频率上。在下方的音频传输范围中，发生器频率可以从起始值开始如此长时间地减小，直到在分析处理装置中识别出电平下降为止。接着，发生器的频率也又被调高到之前还成功地识别出的、作为极限值的频率上。

即，根据本发明的该实施方式，用于音频路径的导频音监视的电平自动地调节到最小所需要的电平上。用于音频路径的导频音监视的频率自动地被调节到在上方的音频传输范围上的最高可能的频率上或者替代地被调节到在下方的音频传输范围上的最低可能的频率上。通过减小电平和使用在音频传输范围的边缘上的频率将用于音频路径的监视的导频音自动地调节到尽可能听不到。通常，尽可能小地影响在传输范围中的音频质量。

根据该实施方式的一种变型，校准标准如此构造，使得校准模块将参数的值从极限值开始在以下方向上降低或者提高一间距值：在所述方向上，探测器信号可靠地表明探测到导频音。

“可靠地”表明的方向是以下方向：所述方向从极限值离开与以下方向相反地延伸，在所述方向上，导频音不再被探测到。在这里假定，极限值将参数的值范围局部地划分为两个范围。在第一范围中不发生导频音的探测，在第二范围中已经发生导频音的探测。此外，假定，当值从极限值离开运动进入第二、即“探测”范围中时，探测变得“更可靠”。

通过远离识别极限可以实现，在音频系统运行期间也持久地进行可靠的导频音识别：在导频音分析处理装置响应之后还进一步提高导频音电平，并且将其调节到超过分析处理装置的阈值若干db上。相应地，频率从以上所求取的下极限开始稍微进一步提高或者从上极限开始降低，以便实现到可能的频率极限的可靠的间距。这样，在导频音的电平和频率方面设置余量，以便预防在音频系统中的小的改变，所述小的改变否则可能会使导频音识别无效。

在一种优选的实施方式中，参数为导频音的频率或者幅度。该实施方式以上已经进一步地附带说明。导频音的幅度和频率可特别简单地调节地实施。

在本发明的框架中，也提出一种根据权利要求7所述的音频系统，该音频系统包含以上所说明的音频系统和所说明的校准单元。音频系统的特性和优点已经与根据本发明的校准单元相关联地说明。

在本发明的框架中，也提出一种根据权利要求8所述的、用于运行以上所说明的校准单元或者以上所说明的音频系统的方法。在此，如此调节参数，使得在已知传输路径无故障的情况下，所有探测器的探测器信号表明探测到导频音。该方法的特性和优点已经与根据本发明的校准单元相关联地说明。

在一种优选的实施方式中，所述方法在开始运转之前和/或在开始运转时和/或在音频系统的持续的运行期间执行。通常，所述方法不在开始运转之前执行。音频系统必须在之前完整地构造、接线和配置。然而，能够在配置程序中输入增益值、线路长度/阻抗等等，以便在构造音频系统之前就已经能够模拟和优化导频音调节。所述方法尤其在开始运转之后或者在第一次执行之后的稍后的时刻尤其循环反复地再次实施。所述方法的再次的实施尤其主要在定期的设施检查时进行。不同的标准周期性地要求检查。

因此确保，不仅仅在开始时，而且也在音频系统的稍后的或者进一步的运行期间，如以上所解释地有利地调节导频音。

在本发明的框架中，也提出一种具有程序代码单元的计算机程序，以便当在计算机和/或以上所述的校准模块或者以上所述的音频系统上实施程序时执行以上所述的方法的所有步骤。计算机程序的特性和优点已经与根据本发明的校准单元或者以上所述的方法相关联地说明。

附图说明

从本发明的实施例的一个优选的实施例以及附图的后续的说明得出本发明的另外的特征、优点和作用。在此，以示意性的原理图示出：

图1在音频系统中的导频音监视，

图2对导频音的幅度的自动的校准过程，

图3对导频音的频率的自动的校准过程，

具体实施方式

图1示出用于在音频系统2中的导频音监视的例子，所述音频系统尤其为更大的音频系统的部分。音频源设备8、在这里音频控制器在运行时产生音频有用信号18，所述音频有用信号通过传输路径12(在这里首先nf音频线路)传输至第一音频目标设备10a、在这里沿着传输路径12的跟随的放大器。替代地并且未示出地，在音频系统2中可能存在多个音频源设备、音频目标设备、传输路径、发生器、探测器等等。在放大器中放大有用信号18并且通过进一步的传输路径12(现在100v音频线路，也称作100v扬声器线路，或者替代地也是任意的低欧姆的扬声器线路)将其向第二音频目标设备10b、在这里监视单元传输。替代地，第二(或者另外的)目标设备为具有集成的监视单元的扬声器。在那里，音频信号通过未示出的扬声器输出。传输路径12也通过音频目标设备10a。

为了持续地控制或者检验音频系统2的所提到的全部部件，设置导频音监视。所述部件为所有的设备以及传输路径。用于象征性地示出的导频音6的发生器4设置在音频源设备8中。导频音6也通过传输路径12传输，或者与有用信号一起传输或者在没有有用信号的情况下也传输。导频音6的分析处理在第一音频目标设备10a中进行。导频音6的进一步的分析处理在沿着传输路径12在音频目标设备10a之后的第二音频目标设备10b中进行。对区段式的监视替代地，在放大器中装入第二导频音(发生器)。因此可以分开地监视nf音频线路和100v音频线路。监视通过在相应的音频目标设备10a，b中的相应的探测器16a，b进行。

替代地，在音频目标设备10a中装入两个探测器16a，c用于相应的导频音分析处理。根据在输入端上的探测器16a的第一分析处理实现对从音频源设备8(音频控制器)到音频目标设备10a(放大器)的音频路径的监视。根据在放大器输出端上的探测器16c的进一步的监视实现对音频目标设备10a自身、即所包含的增益等级的监视。

在发生器中可以改变导频音6的两个参数p1,2，即其幅度和其频率。校准单元20包含用于参数p1,2的值w1,2的输入单元22。输入单元本来仅仅被需要用于参数值的手动调节或者用于起始值的输入。但是，起始值可以在音频系统中也固定地预给定。替代地，因此也可以省去输入单元，或者所述输入单元仅仅可选地设置。

探测器16a-c包含相应的探测器输出端24a-c，在所述探测器输出端上输出相应的探测器信号sa-c。校准单元20也包含用于显示参数p1,2或者其值w1,2的输出单元28。替代地或者附加地，有意义的是，输出单元28也显示探测器信号sa-c的状态。

校准单元20包含校准模块26。所述校准模块对参数p1,2或者其值w1,2产生作用。这或者通过输入单元22进行或者在绕开其(划虚线地标明)的情况下直接在发生器4上进行。此外，校准模块26与探测器输出端26a-c连接。校准模块26按照校准标准k根据探测器信号sa-c自动地如此调节参数p1,2的值，使得在已知传输路径12无故障的情况下和在已知音频目标设备10a无故障的情况下，探测器信号sa-c表明探测到导频音6。

图2示出在时间t上的自动校准过程，如其由校准模块26执行。导频音6的作为参数p1的幅度首先确定为起始值ws。因为还不是所有探测器16a-c探测到导频音6(这根据探测器信号sa-c识别出)，提高幅度。从在时刻t1的极限值wg起，所有的探测器16a-c探测到导频音6。因此，参数p1保持在极限值wg处。

在一种替代的变型中，在识别出导频音6之后，通过所有探测器16a-c将参数p1还进一步提高间距值wa，以获得到极限或者极限值wg的“可靠间距”。现在，当传输条件对于导频音6而言变差、即极限值wg上升得较高时，所有的探测器16a-c也可靠地探测到导频音6。在一种未示出的、相反的情况下，起始值ws位于极限值wg之上。在这种情况下，发生器幅度减小，直到导频音不再被所有的探测器16a-c识别出为止。然后，再次提高发生器幅度，直到所有探测器识别出导频音为止或者直到达到间距值wa为止。

图3示出通过校准模块26根据参数p2、即导频音6的频率进行的另外的、示例性的校准过程。所述频率从起始值ws出发降低，在所述起始值处，所有探测器16a-c已经探测到导频音6。从低于极限值wg起，不再是所有探测器16a-c探测到导频音6。因此，参数p2又被提高到极限值wg，以便所有探测器16a-c又正好还探测到导频音6。在这里，替代地，参数p2接着也又可以提高具有与以上相同的作用的大约间距值wa的“可靠间距”。在一种未示出的替代的例子中，在传输范围的上端的高频率处出现相应的过程：频率从起始值ws出发提高，在所述起始值处，所有探测器16a-c探测到导频音6。因此，从超过极限值wg起，不再是所有探测器16a-c探测到导频音6。因此，参数p2又降低到极限值wg，以便所有的探测器16a-c又正好还探测到导频音6。在这里，替代地，参数p2也接着又可以降低具有与以上相同的作用的大约间距值wa的“可靠间距”。