DE10114634A1 - Aktive Geräuschgestaltung bei Staubsaugern - Google Patents

Abstract

Staubsauger erzeugen in der Regel funktionsbedingt laute Geräusche, die dem Nutzer keine Information über die eigentliche Funktion, den Reinigungsvorgang und den Reinigungsfortschritt geben und als lästig empfunden werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Geräusche synthetisiert und wiedergegeben, welche die Staubsauger-Funktionsgeräusche ergänzen. Dem Staubsaugergeräusch wird eine Information hinzugefügt, die für den Nutzer sowohl interessant als auch sinnvoll ist. Dem Nutzer wird eine intuitive und ohne weiteren Lernprozeß unmißverständlich richtig interpretierbare Rückmeldung gegeben. Diese Rückmeldung kann darstellen, daß der Staubsauger seine Funktion, Staub aufzusaugen, erfüllt, sowie Informationen über den Reinigungsvorgang vermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Staubsauger strahlen Geräusche ab, welche direkt durch die Funktion hervorgerufen werden (z. B. Motor- und Ansauggeräusche, im folgenden Staubsauger-Funktionsgeräusch genannt). Weitere, nicht direkt durch die Funktion hervorgerufene Geräusche sind nach dem heutigen Stand der Technik lediglich aus dem Signal eines Sensors zum Nachweis von Par­ tikeln in einer 2-Phasen-Strömung aufbereitete Geräusche (Patent-Offenlegungsschrift DE 44 25 291 A1, im folgenden "Staubsensor" genannt).

Staubsauger erzeugen in der Regel funktionsbedingt laute Geräusche. Diese Staubsauger- Funktionsgeräusche übermitteln dem Nutzer nur die Information, ob der Staubsauger einge­ schaltet ist sowie eventuell in welcher Leistungsstufe er arbeitet. Die Geräusche übermitteln dem Nutzer insbesondere keine Information über die eigentliche Funktion, den Reinigungs­ vorgang und den Reinigungsfortschritt. Der Nutzer empfindet daher die Geräusche als stö­ renden Lärm. Die aus dem Signal eines Staubsensor aufbereiteten Geräusche (Patent- Offenlegungsschrift DE 44 25 291 A1) weisen den Nachteil auf, daß sie einen unnatürli­ chen Charakter aufweisen, vom Nutzer nicht intuitiv, unmißverständlich und ohne weiteren Lernprozeß interpretiert werden können. Desweiteren ist die Wahrnehmung von Tönen in dem prinzipbedingt meist lauten Staubsauger-Funktionsgeräusch problematisch, da das Staubsauger-Funktionsgeräusch selbst tonale Anteile aufweisen kann, so daß die erzeugten Geräusche schwer wahrnehmbar sein können oder von dem Staubsauger-Funktionsgeräusch nur schwer unterschieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Geräusche zu synthetisieren und wiederzugeben, welche die Staubsauger-Funktionsgeräusche ergänzen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren weist den Vorteil auf, daß dem Staubsauger­ geräusch eine Information hinzugefügt wird, die für den Nutzer sowohl interessant als auch sinnvoll ist.

Die von dem Verfahren erzeugten Geräusche können so ausgelegt werden, daß sie natürlich und damit dem Nutzer vertraut klingen. Er kann die Geräusche intuitiv und ohne weiteren Lernprozeß unmißverständlich deuten.

Der Nutzer erhält durch das Geräusch die positive Rückmeldung, daß der Staubsauger seine Funktion, Staub aufzusaugen, erfüllt.

Das synthetisierte Geräusch kann zudem problemlos in das Staubsaugergeräusch integriert werden, da es sich deutlich von dem Staubsauger-Funktionsgeräusch unterscheidet. Dies trifft sowohl für seine Frequenzzusammensetzung (das Staubsauger-Funktionsgeräusch ist dominant in tieferen Frequenzen, das synthetisierte Geräusch kann höherfrequent ausgelegt werden) als auch für seine Zeitstruktur (das Staubsauger-Funktionsgeräusch ist nahezu sta­ tionär, das synthetisierte Geräusch kann impulshaft ausgelegt werden) zu.

Das auf die beschriebene Art synthetisierte Geräusch kann zudem mit preiswerten und platzsparenden Wiedergabesystemen in ausreichender Lautstärke und ausreichender Geräuschqualität wiedergegeben werden.

Durch die Erfindung kann ein Geräusch erzeugt werden, das außerdem ein Markenzeichen für den Vorgang "Staubsaugen" repräsentiert ("Staub-Sound").

Wird das in der Erfindung beschriebene Verfahren mit einem Staubsensor (Patent-Offenle­ gungsschrift DE 44 25 291 A1) verknüpft, so entstehen eine Reihe weiterer Vorteile. Es wird dann eine intuitive und ohne weiteren Lernprozeß unmißverständlich richtig interpre­ tierte Rückmeldung für den Benutzer des Staubsaugers gegeben, welche ihm Informationen über den Reinigungsvorgang gibt. Die Rückmeldung erleichtert die Benutzung des Staub­ saugers. Diese Rückmeldung weist deutliche Vorteile gegenüber einer z. B. optischen Rück­ meldung auf, da der akustische Kanal vom Menschen unterbewußt ausgewertet werden kann. Die Aufmerksamkeit des Benutzers wird durch die Rückmeldung folglich nicht bloc­ kiert. Der Benutzer erhält eine positive Rückmeldung über den Vorgang und Fortschritt der Reinigung, so daß seine Motivation erhöht wird.

Zudem kann so eine einfache und praktikable Überwachung des Reinheitsgrades der zu rei­ nigenden Fläche erfolgen. Dies kann vor allem im professionellen Anwendungsbereich zu einer Steigerung der Effizienz (es muß nur exakt solange gesaugt werden bis der gewünscht Reinheitsgrad erzielt ist) sowie zu einer Nachweisbarkeit der Arbeitsleistung führen.

Prinzipiell kann bei der Aktiven Geräuschgestaltung ein beliebiges Geräusch erzeugt wer­ den. Die produktspezifischen Randbedingungen schränken diese Möglichkeiten jedoch erheblich ein. Das größte Problem stellt prinzipiell das Grundgeräusch des Saugers dar, das meist relativ laut und häufig auch entsprechend lästig ausfällt. Eine weitere Einschränkung bildet die Notwendigkeit die erzeugten Geräusche abzustrahlen, was insbesondere bezüg­ lich des Tradeoffs zwischen der Qualität des abgestrahlten Geräusches in der notwendigen Lautstärke und dem benötigten Platzbedarf und den entstehenden Kosten zu sehen ist.

Durch die Erfindung wird z. B. ein Geräusch erzeugt, das entsteht, wenn größere Teilchen wie zum Beispiel Krümel aufgesaugt werden.

Die Basis für die Synthese bilden die digitalisierten Geräusche von natürlichen Aufprallge­ räuschen, die im folgenden Bausteine genannt werden. Die Bausteine sollten möglichst unterschiedlich klingen, damit ausreichend abwechslungsreiche Geräusche erzeugt werden können. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Geräusche beim Aufprall kleiner Teilchen (z. B. Kügelchen) unterschiedlicher Materialien (z. B. Aluminium, Kunststoff, Metall) auf unterschiedliche Materialien (s. o.) aufgezeichnet werden. Umfangreiche Opti­ mierungsarbeiten haben gezeigt, daß eine Anzahl von drei unterschiedlichen Bausteinen ausreicht. Die Geräusche wurden mit einem Meßmikrophon (Typ DIN-IEC Klasse 1) auf­ genommen und mit Hilfe eines DAT-Rekorders digital gespeichert (einkanalig, 16 Bit Auf­ lösung, 44,1 kHz Abtastrate).

Zur Vereinfachung der Synthese erfolgte eine Optimierung bezüglich der Bit-Auflösung, der Abtastrate und der Länge der Bausteine. Es reicht eine Länge von jeweils 512 Samples bei einer Abtastrate von 28 kHz und einer Auflösung von 8 Bit aus.

Die Synthese besteht aus einer geeigneten zeitlichen Verkettung der Bausteine. Sie wird über die folgenden Parameter gesteuert:

• - die Auswahl des auszugebenden Bausteins;
• - das Setzen der Amplitude jedes auszugebenden Bausteins;
• - das Setzen einer mittleren Ausgabefrequenz von Bausteinen;
• - das Setzen des Startzeitpunkts jedes auszugebenden Bausteins.

Die Auswahl des Bausteins kann zur Erhöhung der Abwechslungsreichheit oder zur Dar­ stellung bestimmter aufgesaugter Teilchen zufällig erfolgen, oder aus der Synthese zuge­ führten Kenndaten des Staubsaugers erfolgen. Wird z. B. ein Staubsensor eingesetzt, so kann die Auswahl aufgrund des von dem Sensor gelieferten Gewichtes erfolgen. Hierzu können die Gewichte in drei Klassen (leicht, mittel, schwer) eingeteilt werden und jeder Klasse ein Baustein zugeordnet werden.

Die Amplitude der Bausteine wird zur Erzeugung eines abwechslungsreichen Geräusches bzw. zur Darstellung der aufgesaugten Staubmenge variiert. Es hat sich gezeigt, daß drei Amplitudenstufen zur Vereinfachung der Synthese ausreichen. Es handelt sich hierbei um die Amplitudenfaktoren 1, 0,5 und 0,25. Die Auswahl des Amplitudenfaktors für einen Baustein kann zufallsgesteuert oder aus zugeführten Kenndaten des Staubsaugers erfolgen. Hierzu kann z. B. die von einem Staubsensor gemessene Amplitude herangezogen werden, wobei diese in drei Klassen (stark, mittel, schwach) unterteilt wird und jeweils ein Amplitu­ denfaktor zugeordnet wird.

Die mittlere Ausgabefrequenz stellt die Anzahl aufgesaugter Staubteilchen dar. Sie sollte in bestimmten Zeitabständen verändert werden, um entweder ein abwechslungsreiches Geräusch zu erzeugen oder den Reinigungsvorgang darzustellen. Prinzipiell könnte bei Ver­ wendung eines Staubsensors jedes einzelne vom Sensor detektierte Teilchen akustisch aus­ gegeben werden, was dann jedoch akustisch nicht mehr auflösbar wäre. Mittlere Ausgabefrequenzen von 30 bis 200 Teilchen pro Sekunde haben sich als sinnvoll erwiesen.

Die mittlere Ausgabefrequenz kann nun entweder wiederum zufällig gesetzt oder aus zuge­ führten Kenndaten des Staubsaugers ermittelt werden. Dies könnte z. B. die aktuelle Saug­ leistung des Saugers sein (je mehr Saugleistung, desto höher die mittlere Ausgabefrequenz), oder das von einem Staubsensor gelieferte Signal. Dieses gibt direkt Aufschluß über die Anzahl aufgesaugter Teilchen, so daß daraus eine mittlere Ausgabefrequenz bestimmt wer­ den kann.

Die Startzeiten der Bausteine werden prinzipiell durch die mittlere Ausgabefrequenz bestimmt. Würden die Bausteine jedoch starr entsprechend dieser Frequenz angeordnet, so würde das Geräusch sehr monoton und außerdem tonale Anteile entsprechend der mittleren Ausgabefrequenz enthalten. Dies wird durch eine überlagerte zufällige Abweichung von der mittleren Ausgabefrequenz erreicht. Zunächst wird der der mittleren Ausgabefrequenz ent­ sprechende Startzeitpunkt des nächsten Bausteins bestimmt, der jedoch dann durch einen zufälligen Anteil variiert wird.

Das auszugebende Signal wird durch eine durch die Parameter festgelegte digitale Addition erzeugt. Es wird anschließend an die Ausgabeeinheit weitergeleitet.

Die Ausgabeeinheit kann z. B. aus einem Digital-Analog-Wandler mit nachgeschaltetem Verstärker und Lautsprecher realisiert werden. Sowohl das digitale als auch das analoge Signal kann jedoch auch entweder drahtgebunden oder drahtlos an eine externe Wiederga­ beeinheit weitergeleitet werden. Dies kann z. B. ein Kopfhörer oder ein externer Lautspre­ cher oder ein externer Verstärker sein.

Im vorliegenden Fall wurden die Geräusche derart entworfen, daß eine einfache, platzspa­ rende und preiswerte Lösung für die Wiedergabeeinheit umsetzbar ist. Als Abstrahlelement wird ein Piezoelement genutzt, das durch eine Ankopplung an die Gehäuseoberfläche bzw. die Ausnutzung von Gehäusehohlräumen des Staubsaugers Geräusche einer ausreichenden Lautstärke und Qualität erzeugen kann.

Der Reinigungsfortschritt kann auch auf andere Art akustisch zurückgemeldet werden. Hierzu würde die Synthese ein Geräusch erzeugen, dessen perzeptive Eigenschaften mit dem Fortschritt verbunden sind. Als entsprechende Eigenschaften kommen z. B. die Klang­ farbe des erzeugten Geräusches, die von dunkel (unrein) nach hell (rein) variiert werden könnte, oder Verzerrungen des Geräusches (verzerrt entspricht unrein, unverzerrt entspricht rein) sowie die Harmonizität (unharmonisch entspricht unrein, harmonisch entspricht rein), in Frage.

Die Synthese kann alternativ zum oben beschriebenen Beispiel bei Kombination mit einem Staubsensor auch so ausgelegt werden, daß keine kontinuierliche Information über den Rei­ nigungsfortschritt erfolgt, sondern nur das Erreichen eines vorher eingestellten Reinheits­ grades signalisiert wird. Hierzu würde der eingestellte Reinheitsgrad mit dem aktuell vom Sensor gemeldeten Reinheitsgrad verglichen, und bei Überschreitung würde ein geeignetes Geräusch synthetisiert und der Wiedergabeeinheit zugeführt. Die Synthese kann auch hier wie oben beschrieben durch eine Verkettung digital abgespeicherter Geräuschsamples oder durch eine komplexere Generierung (z. B. parametrische Synthese) erfolgen.

Claims (18)

1. Verfahren zur aktiven Geräuschgestaltung bei Staubsaugern, dadurch gekennzeichnet, daß Geräusche synthetisiert und wiedergegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß natürliche Geräusche, die beim Aufsaugen von größe­ ren Teilchen (z. B. Krümeln) entstehen, synthetisiert und wiedergegeben werden.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese der Geräusche durch eine zeitliche Verket­ tung der gespeicherten Daten von natürlichen Aufprallgeräuschen realisiert wird (Zeit­ bereichssynthese).

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese der Geräusche durch eine zeitliche Verket­ tung mit variabler Auftretenshäufigkeit der gespeicherten Daten von natürlichen Auf­ prallgeräuschen realisiert wird (Zeitbereichssynthese).

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese der Geräusche durch eine amplitudenva­ riable Verkettung der gespeicherten Daten von natürlichen Aufprallgeräuschen reali­ siert wird (Zeitbereichssynthese).

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese aus anderen kennzeichnenden, von natür­ lichen Aufprallgeräuschen gewonnenen Daten realisiert wird (parametrische Synthese).

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 6., dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusche über einer internen Wiedergabeeinheit (z. B. Lautsprecher) zugeführt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 7., dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusche über einer externen Wiedergabeeinheit (z. B. Kopfhörer, externe Verstärker, Lautsprecher) zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 8., dadurch gekennzeichnet, daß Zuführung zur Wiedergabeeinheit drahtgebunden ver­ läuft.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 9., dadurch gekennzeichnet, daß Zuführung zur Wiedergabeeinheit drahtlos verläuft, z. B. über Bluetooth.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 10., dadurch gekennzeichnet, daß Syntheseparameter von Betriebsdaten des Staubsaugers gesteuert oder geregelt werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 11., dadurch gekennzeichnet, daß Syntheseparameter von dem Signal eines Sensors zum Nachweis von Partikeln in einer 2-Phasen-Strömung (Patent-Offenlegungsschrift DE 44 25 291 A1) gesteuert oder geregelt werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 12., dadurch gekennzeichnet, daß Syntheseparameter unter der Verwendung von Zufalls­ funktionen gesteuert oder geregelt werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 13., dadurch gekennzeichnet, daß die synthetisierten Geräusche bezüglich Amplitude, spektraler und/oder zeitlicher Zusammensetzung an das Staubsauger-Funktionsge­ räusch angepaßt werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 14., dadurch gekennzeichnet, daß die synthetisierten Geräusche an das Staubsauger- Funktionsgeräusch bezüglich Amplitude, spektraler und/oder zeitlicher Zusammenset­ zung adaptiv angepaßt werden, z. B. abhängig von der eingestellten Saugleistung oder allgemein den aktuell vom Staubsauger abgestrahlten Funktionsgeräuschen.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 15., dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusche über den Betriebszustand des Staubsau­ gers informieren.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 16., dadurch gekennzeichnet, daß der Reinheitsgrad der zu reinigenden Fläche bei Errei­ chen eines vorher einstellbaren Schwellwertes akustisch mitgeteilt wird.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1. bis 17., dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsfortschritt akustisch mitgeteilt wird.