Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Steuerung eines Kühlventilators in einem Audiosystem und im Besonderen auf einen Betrieb des Kühlventilators, der das durch den Kühlventilator erzeugte hörbare Geräusch verdeckt.

In Audiosystemen verwendete Verstärker erzeugen stets Wärme, weil sie nicht mit einem Wirkungsgrad von 100% gebaut werden können. Andere Komponenten des Audiosystems, eingeschlossen Mikrosteuerungen oder andere integrierte Schaltkreise, Medienabspielgeräte (z. B. CD oder Kassetten), Displays, Transistoren oder andere diskrete Komponenten, erzeugen ebenfalls im Betrieb Wärme. Wärme kann besonders in Kraftfahrzeugaudiosystemen ein Problem sein, bei denen alle diese Elemente in einem einzelnen Modul oder Gehäuse untergebracht sind. Wärmestau kann zu einer fehlerhafter Schaltkreisfunktion oder zu einem Schaltkreisausfall, zu Tonverzerrungen, unerwünschter Oberflächenerwärmung oder Erwärmung der Tonträger (z. B. kann eine vom System ausgeworfene CD für eine Berührung zu heiß sein) führen. Wärmeableitung ist demzufolge für jedes Audiosystem ein wichtiger Aspekt.

Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft ist das primäre Verfahren zur Abführung der Wärme aus einem typischen Audiosystem. Um den Wärmeaustausch zu verbessern, kann ein Ventilator einen Luftstrom durch das Audiosystemmodul leiten, so dass Frischluft von außen über die wärmeerzeugenden Komponenten im Modul und wieder nach außen strömt.

Ein Nachteil der Verwendung eines Kühlventilators in einem Audiosystem ist das durch ihn erzeugte Geräusch. Obwohl für Konstruktion und Fertigung große Sorgfalt und hohe Kosten aufgewendet werden, kann der erzeugte Geräuschpegel von einer Anzahl von Nutzern des Audiosystems als störend empfunden werden. Auch wenn die Kosten keine Grenze ziehen, kann nicht das gesamte Geräusch beseitigt werden. Darüber hinaus lassen Schäden oder strukturelle oder elektrische Änderungen den erzeugten Geräuschpegel im Laufe der Zeit ansteigen.

Die Belästigung durch das Ventilatorgeräusch kann minimiert werden, wenn der Ventilator nur intermittierend, z. B. ab einer bestimmten im Modul aufgestauten Wärmemenge, betrieben wird. Viele Audioleistungsverstärker haben in ihren integrierten Schaltkreisen Temperaturfühler, die typischerweise jedoch ein Ausgangssignal erst dann erzeugen, wenn sich die gemessene Temperatur einem Niveau nähert, bei dem ein Ausfall oder fehlerhafter Betrieb eintreten kann (die meisten Audiosysteme nutzen das Signal zur Verminderung der Lautstärke, so dass im Verstärker weniger Wärme erzeugt wird). Damit wird der Ventilator in Reaktion auf dieses Signal zur Vermeidung unerwünschter Temperaturniveaus zu spät eingeschaltet. Zur Erfassung der Temperatur innerhalb des Moduls kann ein gesonderter Sensor benutzt werden, was jedoch einen unerwünschten Aufwand bedeutet. Außerdem beseitigt der intermittierende Betrieb des Kühlventilators das Problem der Hörbarkeit des Ventilatorgeräuschs nicht, wenn der Kühlventilator eingeschaltet ist.

Die Erfindung stellt vorteilhafterweise eine Kühlventilatorsteuerungsstrategie bereit, mit der der Ventilator so betrieben wird, dass die Hörbarkeit des Ventilatorgeräuschs minimiert wird. Die Erfindung nutzt den Verdeckungseffekt lauter Tonpassagen zur Verminderung der Hörbarkeit des Ventilatorgeräuschs.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist ein Audiosystem zur Wiedergabe von Audiosignalen einen Verstärker zum Verstärken der Audiosignale auf. Eine Leistungsüberwachung bestimmt eine Ausgangsleistung des Verstärkers und erzeugt ein zur Ausgangsleistung proportionales Leistungssignal. Es ist ein schaltbarer Kühlventilator angeordnet, der einen Kühlluftstrom innerhalb des Audiosystems bereitstellt, wenn der Kühlventilator angeschaltet ist. Mit der Leistungsüberwachung und dem schaltbaren Kühlventilator ist eine Venti- latorsteuerung gekoppelt. Die Ventilatorsteuerung vergleicht das Leistungssignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert und schaltet den schaltbaren Kühlventilator in Reaktion auf den Vergleich an, der anzeigt, dass die 'Wiedergabe der verstärkten Audiosignale auf einem solchen Ausgangsleistungsniveau erfolgt, dass das vom schaltbaren Kühlventilator erzeugte hörbare Geräusch größtenteils verdeckt wird. Nachdem der schaltbare Kühlventilator eingeschaltet worden ist, hält ihn die Ventilatorsteuerung für eine vorbestimmte Zeitspanne eingeschaltet. Auch nach der vorbestimmten Zeitspanne wird der schaltbare Kühlventilator so lange nicht abgeschaltet, bis der Vergleich anzeigt, dass die Wiedergabe der verstärkten Audiosignale das vom Ventilator erzeugte hörbare Geräusch nicht länger größtenteils verdeckt.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Audiosystem der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das eine Vorzugsventilatorsteuerungsstrategie der Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren und eine bevorzugte Ausrüstung zur Bestimmung der vom Tonverstärker verbrauchten Ausgangsleistung zeigt.

Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das eine alternative Ausgestaltung der Erfindung zeigt.

Bezug nehmend auf Fig. 1 liefert ein Audiosystem 10 verstärkte Audiowiedergabesignale an Ausgangswandler (z. B. Lautsprecher) 11, 12, 13 und 14. In einer Vorzugsausgestaltung der Erfindung ist das Audiosystem z 0 ein Kraftfahrzeugaudiosystem und die Lautsprecher 11-14 umfassen die Kanäle rechts vorn (RF), links vorn (LF), rechts hinten (RR) und links hinten (LR). Das Audiosystem 10 besitzt ein Gehäuse 15, das alle Hauptwärmeerzeugungskomponenten, außer den Lautsprechern 11-14, enthält. Die Erfindung ist jedoch auch auf Gehäuse anwendbar, die nur einige der Wärmeerzeugungskomponenten (z. B. ein separates Leistungsverstärkermodul) enthalten.

Das Audiosystem IO enthält mindestens eine Tonquelle 16, wie z. B. eine AM/FM-Abstimmeinheit, einen Kassettenrecorder oder einen CD-Spieler, zur Bereitstellung linker und rechter Audiostereosignale. In der Vorzugsausgestaltung wird zum Erreichen hervorragender Leistung bei niedrigen Kosten und hoher Packungsdichte im Audiosystem 10 digitale Signalverarbeitung angewendet. Für eine analoge Audioquelle (z. B. eine Abstimmeinheit oder ein Kassettenrecorder) wandeln die Analog/Digital-Konverter 17 und 18 analoge Audiosignale zur Verarbeitung durch einen Digitalsignalprozessor (DSP) 20 in digitale Audiosignale. Für eine digitale Audioquelle kann ein direkter Anschluss von der Audioquelle 16 zum DSP 20 hergestellt werden.

Der DSP 20 erledigt die im Fachgebiet bekannten Audioverarbeitungsaufgaben, eingeschlossen Lautstärkeregelung, Klangsteuerung, Balanceregelung, Schwundregelung und Spezialeffekte, wie sie durch Befehle eines Mikroprozessors 27 bestimmt werden, der seinerseits auf Nutzereinstellhandlungen reagiert (z. B. nicht dargestellte Eingabeschalter und Drucktasten). Die verarbeiteten digitalen Audiosignale vom DSP 20 werden den Digital/Analog-Konvertern (DAC) 21-24 zugeführt, und die resultierenden Analogsignale werden an die Leistungsverstärker 25 und 26 zum Betreiben der Lautsprecher 11-14 gegeben. Die Verstärker 25 und 26 sind Zweikanal-(Stereo-)Verstärker zum Ansteuern der vorderen bzw. hinteren Lautsprecher, und jeder dieser Verstärker kann beispielsweise ein von Philips Semiconductors angebotener Autoradioleistungsverstärker TDA8566 sein.

Eine Kühlventilatorbaugruppe 30 enthält einen integralen Motor und Motortreiber. Der Motortreiber kann einfach ein Schalter zur Ingangsetzung eines Gleichstrommotors sein oder auch abhängig vom verwendeten Motortyp einen Regelkreis oder einen Leistungswandler enthalten. Die Mikrosteuerung 27 liefert ein Steuersignal zum Ein- und Ausschalten des Kühlventilators 30. Wie dargestellt, erzeugt der eingeschaltete Kühlventilator 30 einen Luftstrom, der Außenluft durch den Kühlventilator 30 in das Gehäuse 15 strömen lässt. Der Luftstrom verlässt das Gehäuse 15 durch eine Vielzahl von Auslässen 31. Der Kühlventilators 30 kann z. B. ein von Delta Electronics, Inc., gefertigter, 30 × 30 mm² großer Ventilator AFB0312LA sein.

Die Erfindung nutzt die Fähigkeit lauter Geräusche, ein leiseres und größtenteils unveränderliches Geräusch zu verdecken (das z. B. einen konstanten Geräuschpegel und eine konstante Klangfarbe hat). In einer Vorzugsausgestaltung der Erfindung wird der Kühlventilators 30 eingeschaltet, wenn eine der folgenden Bedingungen herrscht, dass nämlich (1) genügend laute Audiosignale wiedergegeben werden, so dass hörbare Ventilatorgeräusche größtenteils verdeckt werden, oder (2) in den Leistungsverstärkern eine hohe Temperatur erreicht ist. Die Mikrosteuerung 27 ist an eine Leistungsüberwachung 32 angeschlossen, die indirekt auf der Grundlage der den DACs 21-24 zugeführten DSP-Ausgangssignale auf die Ausgangsleistung schließt, die in den Leistungsverstärkern verbraucht wird. Da die Leistungsverstärker 25 und 26 typischerweise einen festen Verstärkungsfaktor haben, ist der Pegel der DSP-Ausgangssignale direkt proportional der Leistung, die der Leistungsverstärker verbraucht. Alternativ könnten die tatsächlichen Outputs der Leistungsverstärker gemessen werden. Fachkundigen werden weitere Ausgestaltungen für die Bestimmung der Ausgangsleistung der Verstärker ersinnen können. Da die größte Wärmemenge in Zeiten lauten Audioausgangs erzeugt wird, erreicht die Vorzugsausgestaltung dadurch, dass sie immer in den Zeiten lauten Audiooutputs den Kühlventilator 30 betreibt, einen ausreichenden Wärmeaustausch, so dass erhöhte Temperaturen im Audiomodul unter den meisten Umständen vermieden werden.

Die Leistungsverstärker 25 und 26 enthalten Wärmewarnschaltungen 33 bzw. 34. Diese liefern ein Temperaturwarnsignal, sobald die innere Temperatur des Leistungsverstärkers eine Schwellentemperatur (z. B. 150°C) erreicht. Die Temperaturwarnsignale werden dem Mikroprozessor 27 zugeführt, der den Kühlventilator 30, ungeachtet der in dem Zeitpunkt herrschenden Lautstärke der Audiosignale, einschaltet, wenn die Temperaturwarnsignale gegeben werden.

Die gesamte Ventilatorsteuerungsstrategie der Vorzugsausgestaltung wird in Fig. 2 gezeigt. Im Initialisierungsschritt 40 werden ein Zähler zum Zählen der Variablen "Loud Count" und ein Timer zurückgesetzt. Der Timer misst ein Zeitfenster oder äquivalent ein Stichprobenfenster, wodurch gesichert ist, dass ein anhaltender lauter Abschnitt von Audiomaterial auftritt, nicht etwa nur ein kurzer Impuls eines lauten Geräuschs in einer ansonsten ruhigen Passage. Vorzugsweise wird ein Zeitfenster von etwa 1 Minute verwendet, in dem eine Vielzahl von Ausgangsleistungsmesswerten (vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen) aufgenommen werden. Das Zeitfenster kann durch einen Timer oder durch Auszählen einer vorbestimmten Anzahl von Ausgangsleistungsmesswerten geschaffen werden.

In Schritt 41 wird kontrolliert, ob momentan ein Temperaturwarnsignal von einem der Leistungsverstärker empfangen wird. Wird ein solches Warnsignal empfangen, wird in Schritt 42 der Kühlventilator eingeschaltet. Ansonsten wird in Schritt 43 ein Leistungspegel für das aktuelle Zeitintervall oder Messintervall innerhalb des gesamten Einminuten-Zeitfensters festgelegt. Jedes Mess- oder Zeitintervall kann z. B. etwa 1 Sekunde lang sein. In Schritt 44 wird der Leistungspegel mit einem Leistungsschwellenwert verglichen, der so gewählt ist, dass die entsprechende Lautstärke, wenn sie über eine ausreichend lange Zeit gehalten wird, das Ventilatorgeräusch akustisch verdeckt. Der Leistungsschwellenwert berücksichtigt z. B. den durch den Kühlventilator erzeugten Geräuschpegel. Wenn der momentane Leistungspegel höher als der Leistungsschwellenwert ist, wird die Variable "Loud Count", entsprechend Schritt 45, um 1 erhöht, andernfalls wird der Schritt 45 übersprungen.

In Schritt 46 wird kontrolliert, ob das Einminuten-Zeitfenster abgelaufen ist (z. B. ob 60 Leistungspegelmesswerte im Abstand von je einer Sekunde aufgenommen worden sind). Wenn nicht, erfolgt ein Sprung zurück zu Schritt 41. Andernfalls wird "Loud Count" in Schritt 47 mit einem Zählerschwellenwert verglichen. Der Zählerschwellenwert verkörpert das Ausmaß, mit dem laute Leistungspegelmesswerte eine Audiopassage von Zeitpunkt zu Zeitpunkt (d. h. von Sekunde zu Sekunde) zum Erreichen eines gewünschten Verdeckungseffekts dominieren müssen. Es kann ein Zählerschwellenwert im Bereich von etwa 50% (d. h. 30 von den 60 Messwerten des Beispiels) verwendet werden. Wenn "Loud Count" den Zählerschwellenwert überschreitet, wird dann in Schritt 42 der Kühlventilator aktiviert. Andernfalls wird der Kühlventilator in Schritt 48 deaktiviert (falls er nicht aktiviert war, wird er in Schritt 48 im deaktivierten Zustand belassen).

Nachdem der Kühlventilator in Schritt 42 aktiviert worden ist, wird er in Schritt 49 für eine vorbestimmte Laufzeit (z. B. 3 Minuten) betrieben. Das gewährleistet bei jedem Betriebenwerden des Kühlventilators einen ausreichend hohen Wärmeaustausch und vermeidet häufiges Ein- und Ausschalten des Kühlventilators, das deshalb unerwünscht wäre, weil das Ventilatorgeräusch am stärksten während seiner Start- und Stopp-Phasen wahrnehmbar ist.

Nach den 3 Minuten Laufzeit, entsprechend Schritt 49, oder der Ventilatordeaktivierung, entsprechend Schritt 48, wird zur Neuinitialisierung zurück zu Schritt 40 gesprungen. Wenn der Kühlventilator zum Zeitpunkt der Rückkehr zu Schritt 40 läuft, läuft er während der nächsten Serie von Leistungspegelmessungen weiter. Damit läuft der Kühlventilator im Beispiel tatsächlich mindestens vier Minuten. Insbesondere läuft der Kühlventilator weiter, bis ein Einminuten-Zeitfenster auftritt, in dem der Zählerschwellenwert nicht erreicht wird (d. h. die Lautstärke genügt für das akustische Verdecken des Ventilatorgeräuschs nicht). Es wird folglich der Kühlventilator in größtenteils allen Zeiten betrieben, in denen sein hörbares Geräusch verdeckt wird, plus der kurzen Zeitspanne, die für den Nachweis einer für das Verdecken nicht mehr ausreichenden Lautstärke des Audiosignals erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt eine Vorzugsausgestaltung zur Bestimmung des Leistungspegels in einem Audiosystem durch digitale Signalverarbeitung. Da die Leistung dem Quadrat der Spannung proportional ist, wird jeder einzelne den Leistungsverstärkern zuzuführende Audiosignalkanal (d. h. die Signale LF, LR, RF und RR) in einem entsprechenden Quadrierblock 51-54 quadriert. Die quadrierten Werte der Blöcke 51-54 werden im Summenblock 55 addiert. Die Summe wird in einem Integrator 56 über einem zuvor festgelegten Intervall integriert. Das festgelegte Intervall stimmt vorzugsweise mit dem Einsekunden-Intervall jeder Leistungspegelmessung überein. Das Leistungssignal vom Integrator 56 kann, wie oben beschrieben, vom DSP 20 zum Vergleich mit dem Leistungsschwellenwert an die Mikrosteuerung 27 gegeben werden.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung, wobei nicht erforderlich ist, dass eine Mikrosteuerung bei jeder einzelnen Leistungspegelmessung in Aktion tritt. Beginnend bei Schritt 60 wartet das alternative Ventilatorsteuerungsverfahren etwa eine Minute (d. h. die Mikrosteuerung führt die Ventilatorsteuerungsstrategie einmal pro Minute aus). In Schritt 61 wird das Wärmewarnregister des Verstärker-IC gelesen. In der einminütigen Wartephase wird die Leistung im DSP gemessen, so dass ein Messwert vom DSP verfügbar ist, der den Leistungsmittelwert der vorangegangenen Minute quantifiziert. In Schritt 62 liest die Mikrosteuerung den Leistungspegelmittelwert.

In Schritt 63 erfolgt eine Prüfung, ob der Ventilator bereits läuft. Ist der Ventilator nicht aktiviert, wird in Schritt 64 geprüft, ob der Leistungspegelmittelwert größer als der Leistungsschwellenwert ist. Ist er größer als der Schwellenwert, wird der Ventilator in Schritt 65 aktiviert und auf Schritt 60 zurückgesprungen. Andernfalls wird in Schritt 66 geprüft, ob die Wärmewarnung aktiv ist. Bei aktiver Wärmewarnung wird der Ventilator in Schritt 65 aktiviert, ansonsten auf Schritt 60 zurückgesprungen.

Wenn Schritt 63 feststellt, dass der Ventilator bereits aktiviert ist, wird in Schritt 67 geprüft, ob der Leistungspegelmittelwert kleiner als der Leistungsschwellenwert ist. Ist er es nicht, erfolgt ein Rücksprung auf Schritt 60. Liegt der Leistungspegelmittelwert über dem Leistungsschwellenwert, wird in Schritt 68 geprüft, ob die Wärmewarnung aktiv ist. Ist sie es, erfolgt ein Rücksprung auf Schritt 60. Ist die Wärmewarnung nicht aktiv, wird der Ventilator in Schritt 69 deaktiviert und auf Schritt 60 zurückgesprungen.