DE102004001911A1

DE102004001911A1 - Verfahren und Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen sowie Dynamisches Filter

Info

Publication number: DE102004001911A1
Application number: DE200410001911
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Zipp (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse und Reproduktion von Schallsignalen, bei dem ein empfangenes Schallsignal (S1-Sz) mittels mehrerer frequenzselektiver dynamischer Filter (DF1-DFn) in einem vorgegebenen Frequenzband (f1-fn) in Abhängigkeit von einem Pegel (L) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (ti) und/oder in Abhängigkeit von einem Pegel (L) in einem vorgegebenen anderen Frequenzband (fj-fk) korrigiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse, insbesondere zur Reproduktion von Schallsignalen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein dynamisches Filter zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen kommen in unterschiedlichen Bereichen der Technik zum Einsatz. Beispielsweise spielt eine Analyse von Schallsignalen bei Musikdarbietungen in Konzertsälen oder aber auch bei technischen Einrichtungen, welche Geräusche abgeben, wie z. B. bei einem Fahrzeug, eine wichtige Rolle. Dabei kommt es bei einer Musikdarbietung auf eine richtige – dem akustischen Leistungsvermögen des menschlichen Ohres entsprechende – Wiedergabe der Musik und beim Geräuschkomfort des Fahrzeugs auf Informationen zur Auslegung des Fahrzeugs für eine möglichst gute Geräuschdämpfung an. Allen Verfahren der Geräuschanalyse liegt die Lautstärkewahrnehmungsfähigkeit des Menschen zugrunde, wonach mit einem sehr leisen Pianissimo die untere Hörgrenze von größer 0 dB und mit einem Schlussakkord im Fortissimo die obere Hörgrenze mit einer Lautstärke von bis zu 140 dB beschrieben wird.

Heutzutage ist der Geräuschkomfort ein wichtiges Qualitätsmerkmal bei einem Fahrzeug. Zur Verbesserung des Geräuschkomforts ist es daher bekannt, anstelle der Aufnahme des Geräusch- oder Schallsignals mittels mehrkanaliger Mikrofonanordnungen binaurale Aufnahmen zu machen. D. h. der menschlichen Wahrnehmung mit beiden Ohren entsprechend werden Aufnahmen gemacht. Anhand der binauralen Aufnahmen wird mittels einer statischen Filterung das korrigierte Schallsignal analysiert, um so beispielsweise verschiedene Bauvarianten eines Motors und deren Geräuschentwicklung zu vergleichen und ggf. Konstruktionsmaßnahmen am Fahrzeug oder Motor zu ergreifen.

Eine Vorrichtung zur gehörgerechten Schallfeldanalyse ist beispielsweise aus der DE 42 22 050 C2 bekannt. Der statischen Filterung der bekannten Vorrichtung liegen so genannte Gehörrichtigkeitskurven in Art einer Equalizer-Einstellung zugrunde. Dabei wird zum Gehörschutz eine Pegelbegrenzung des Geräuschsignals vorgenommen. Die Pegelbegrenzung vernachlässigt dabei die subjektive menschlichen Hörwahrnehmung, indem die Gehörrichtigkeitskurve nur für ein Lautstärkeniveau oder einen Lautstärkepegel ausgewählt wird. Mit anderen Worten: Bei einer statischen Filterung wird beispielsweise für einen Lautstärkepegel nur eine einzelne Gehörrichtigkeitskurve ausgewählt, deren Krümmung oder Verlauf somit nur auf dieses Lautstärkeniveau passt. Ein Beispiel für derartige, einem Lautstärkeniveau zugehörige Gehörrichtigkeitskurven ist in der 1 dargestellt, welche die so genannten Fletcher- & Munson-Kurven zeigen. Durch eine statische Filterung des Schallsignals mit Pegelabsenkung kommt es dazu, dass durch Absenkung des lautesten Tones von 140 dB auf 96 dB die leiseren Töne ebenfalls in der Lautstärke abgesenkt werden, wobei ein ursprünglich eine Lautstärke von 10 dB aufweisender Ton nicht mehr wiedergegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen zu verbessern und ein dynamisches Filter anzugeben.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, das empfangene Schallsignal, welches subjektiv wahrgenommen wird, für eine gehör richtige Geräuschanalyse objektiv und gehörrichtig zu bestimmen und zu korrigieren. Unter anderem soll dabei berücksichtigt werden, dass beispielsweise ein lautes kurzes Geräusch wie ein Knall anders wahrgenommen wird als ein gleich bleibendes Geräusch wie das Ticken einer Uhr. Hierzu wird das empfangene Schallsignal mittels mehrerer frequenzselektiver dynamischer Filter in einem vorgegebenen Frequenzband in Abhängigkeit von einem Pegel zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von einem Pegel in einem vorgegebenen anderen Frequenzband korrigiert. Mit anderen Worten: Einzelnen Bandbreiten des empfangenen Schallsignals wird ein dynamisches Filter zugeordnet, dessen Verstärkungsfaktor nicht nur von der Frequenz, sondern auch vom Pegel abhängen kann. Eine derartige Berücksichtigung einer Lautheit-Funktion als frequenzselektive dynamische Filterung erhöht die Authentizität binauraler Reproduktionen von Schallsignalen. Dabei kann die Auswahl einer bekannten Gehörrichtigkeitskurve nach Fletcher & Munson, die lediglich einem zu reproduzierenden Lautstärkeniveau entspricht, entfallen.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird das empfangene Schallsignal in Abhängigkeit vom momentanen über die Summe aller Frequenzbänder erfassten Pegel korrigiert. Alternativ oder zusätzlich wird das empfangene Schallsignal in Abhängigkeit vom momentanen Bandpegel des jeweiligen Frequenzbandes korrigiert. Die Berücksichtigung des Bandpegels erlaubt es, Schwankungen eines Geräuschpegels Frequenzband bezogen zu erfassen und zu bewerten, indem hierdurch die invariante Wahrnehmung des menschlichen Gehörs – ein bei einer Frequenz als sehr unangenehm empfundenes Geräusch wird bei einer anderen Frequenz als weniger unangenehm empfunden – beurteilt und berücksichtigt wird.

Für eine die invariante Wahrnehmung des menschlichen Gehörs berücksichtigende Schallanalyse wird das empfangene Schallsignal des Weiteren anhand einer der Korrekturen – bandbezogene Pegel- und/oder Frequenzkorrektur – zu einem reproduzierten Schallsignal verarbeitet. In einer Ausgestaltung werden dabei Frequenz band bezogen, insbesondere für jedes Frequenzband anhand des zugehörigen momentanen Bandpegels pegelabhängige Korrekturwerte bestimmt. Unter pegelabhängige Korrekturwerte wird insbesondere eine lautstärkeabhängige Pegelkorrektur (auch Gehörrichtigkeitskorrektur genannt) verstanden.

Zur gehörrichtigen Schallanalyse von beispielsweise zeitlich aufeinander folgenden unterschiedlichen Schallereignissen, welche aufgrund ihrer Reihenfolge und ihrer Lautheit invariant wahrgenommen werden, werden ggf. Frequenzband bezogen, insbesondere für jedes Frequenzband anhand eines dem jeweiligen Frequenzband zugehörigen zeitlich vorangegangenen oder nachfolgenden Bandpegels pegelabhängige Korrekturwerte bestimmt. Hierdurch ist beispielsweise ein so genanntes durch die subjektive Wahrnehmung verursachtes „Nachverdecken" (= vorangegangenes lautes Schallsignal verdeckt nachfolgendes Schallsignal) oder „Vorverdecken" von Schallsignalen (= vorangegangenes Schallsignal wird durch zeitlich nachfolgendes lautes Schallsignal verdeckt und nicht wahrgenommen) korrigierbar.

Vorteilhafterweise wird das empfangene Schallsignal Frequenzband bezogen anhand von pegelabhängigen Korrekturwerten anderer Frequenzbänder korrigiert. Hierdurch wird beispielsweise ein auf einer Frequenz abgestrahltes lautes Geräusch in Abhängigkeit von einem auf einer anderen Frequenz leises oder fortlaufendes Geräusch korrigiert. So kann zur Verbesserung des Geräuschkomforts in einem Fahrzeug das Motorgeräusch in Abhängigkeit vom Lüftergeräusch und diese beiden wiederum in Abhängigkeit von einem weiteren Geräusch, wie dem eines gesetzten Blinkers objektiv und gehörrichtig analysiert und bewertet werden.

In einer weiteren Ausführungsform werden die pegelabhängigen Korrekturwerte Frequenzband bezogen als Gehörrichtigkeitsfunktion im dynamischen Filter hinterlegt. Vorzugsweise werden mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen verschiedener Lautstärke zu einem Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzt. Dies ermöglicht eine schnelle und sichere Adaption der Schallanalyse. Zu sätzlich oder alternativ kann das Gehörrichtigkeitskennfeld anhand von momentan bestimmten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität gleitend angepasst werden.

Zur räumlich unabhängigen gehörrichtigen Schallanalyse werden bei der Bestimmung eines reproduzierten Schallsignals die räumlichen Reflexionsverhältnisse wie diskrete Reflexionen und/oder die Nachhallzeit des empfangenen Schallsignals berücksichtigt. Zusätzlich, insbesondere zur Erhöhung der Gehörrichtigkeit wird das empfangene Schallsignal ein- oder mehrkanalig verarbeitet. Beispielsweise wird hierzu das Schallsignal entsprechend der menschlichen Wahrnehmung zweikanalig aufgenommen und erfasst. Die zweikanalig erfassten Schallsignale werden entsprechend ihrer Erfassungsposition frequenz- und/oder pegelabhängig sowie frequenzbandbezogen korrigiert.

Bezüglich des dynamischen Filters wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst anhand der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen des dynamischen Filters sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dabei umfasst das dynamische Filter zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen, eine Anzahl von jeweils eine Gehörrichtigkeitsfunktion repräsentierenden Pegel-Frequenz-Kurven, welche anhand eines momentan erfassten Pegels, insbesondere eines über die Summe aller Frequenzbänder erfassten Pegels in Abhängigkeit von der Lautstärke bestimmt und hinterlegt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des dynamischen Filters können mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen verschiedener Lautstärken als ein Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzt und hinterlegt werden.

Für eine kontinuierliche Anpassung an wechselnde Umgebungsbedingungen wird vorzugsweise das Gehörrichtigkeitskennfeld des jeweiligen Frequenzband bezogen dynamischen Filters anhand von momentan erfassten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität, Schallfrequenz, angepasst. Je nach Art und Aufbau des dynamischen Filters kann die Anpassung Frequenzband bezogen und/oder Frequenzband übergreifend erfolgen. Beispielsweise wird das Gehörrichtigkeitskennfeld in Abhängigkeit vom jeweiligen Bandpegel und/oder vom über alle Frequenzbänder erfassten Pegel korrigiert und angepasst.

Bezüglich der Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß anhand der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse weist insbesondere eine Aufnahmeeinheit zum Empfang eines Schallsignals und eine Auswerteeinheit auf, wobei die Auswerteeinheit mehrere frequenzselektive dynamische Filter und eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines aus dem empfangenen Schallsignal resultierenden reproduzierten Schallsignals umfasst. In einer möglichen Ausführungsform ist die Aufnahmeeinheit als ein Mikrofon ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufnahmeeinheit als ein Kunstkopf oder als Kopfbügelmikrofon, insbesondere als ein simulierter oder nachgebildeter Kunstkopf ausgebildet sein.

Zur frequenzselektiven Korrektur umfasst die Auswerteeinheit ein Filterbanksystem mit einer Vielzahl von statischen Filtern beliebiger Bandbreite, Flankensteilheit und mit Überlappungen. Mit anderen Worten: Das Filterbanksystem zerlegt das Schallsignal in eine Mehrzahl von Frequenzbändern oder -gruppen. Zur gehörrichtigen und Frequenzband bezogenen Schallanalyse umfasst das Filterbanksystem für jeden statischen oder nicht dynamischen Filter mindestens ein dynamisches Filter. Zusätzlich oder alternativ ist das auf das jeweilige Frequenzband bezogene dynamische Filter anhand von mindestens einer Kenngröße, wie zum Beispiel Reaktionszeit, Reaktionsgeschwindigkeit, Rückstellzeit parametrierbar.

In einer möglichen Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit als Lautsprecher oder Kopfhörer oder Schwingungsgeber oder eine Kombination davon, insbesondere die Kombination aus Kopfhörer und Schwingungsgeber ausgebildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei der gehörrichtigen Schallanalyse in einem geschlossenem oder offenem Raum auch ein leises Geräusch, welches von einem lauten Geräusch auf gleichem Frequenzspektrum überlagert wird, berücksichtigt wird, indem das empfangene Schallsignal mittels mehrerer frequenzselektiver dynamischer Filter Pegel bezogen und/oder Frequenzband bezogen korrigiert wird. Des Weiteren ist sichergestellt, dass auch ein Geräuschsignal vor und nach einem anderem Geräuschsignal wahrgenommen wird. Hierzu werden mittels des dynamischen Filters leise Schallsignale ab einer bestimmten Lautstärke immer stärker abgeschwächt und laute Schallsignale belassen oder umgekehrt. D. h. mittels des dynamischen Filters wird das Schallsignal nicht nur in Abhängigkeit von der Gesamtlautstärke korrigiert, sondern in Abhängigkeit von der Lautstärke der einzelnen Frequenzen angepasst und verarbeitet. Überschreitet beispielsweise auf einem Frequenzband die Amplitude des Schallsignals einen Schwellwert, so wird diese Frequenz freigegeben und verstärkt, wenn nicht, wird das Frequenzband stark abgeschwächt. Durch eine derartige Berücksichtigung der Lautstärkewahrnehmungsfähigkeit des Menschen bei einer Schallanalyse in einem offenen oder geschlossenem Raum kann beispielsweise die Beschallungstechnik eines Konzertsaales entsprechend den Umgebungsbedingungen akustisch oder ein Fahrzeuginnenraum entsprechend der dort auftretenden Geräusche entsprechend ausgelegt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
1 schematisch eine Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen mit einer dynamische Filter umfassenden Auswerteeinheit,
2 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf eines empfangenen Schallsignals,
3 ein Pegel-Frequenz-Diagramm des empfangenen Schallsignals mit in Frequenzbändern unterteiltem Spektrum,
4 ein Pegel-Zeit-Frequenz-Diagramm mit Zeitkurven verschiedener Geräuschsignale,
5 ein Pegel-Frequenz-Diagramm eines das empfangene Schallsignal korrigierenden Korrekturwertes als Gehörrichtigkeitsfunktion, und
6 ein Pegel-Frequenz-Diagramm mit mehreren zu einem Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzten Gehörrichtigkeitsfunktionen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen S1 bis Sz mit einer Aufnahmeeinheit 2 zum Empfang mindestens eines der Schallsignale S1 bis Sz und mit einer Auswerteeinheit 4.
Die Aufnahmeeinheit 2 ist beispielsweise als ein Mikrofon ausgeführt. Alternativ kann die Aufnahmeeinheit 2 für eine binaurale Aufnahme wie dargestellt als ein Kunstkopf oder als Kopfbügelmikrofon, insbesondere als ein simulierter oder nachgebildeter Kunstkopf ausgebildet sein. Mittels des Kunstkopfes ist eine die Wahrnehmung des menschlichen Ohres möglichst gut entsprechende mehrkanalige Aufnahme und Erfassung des Schallsignals S1 bis Sz möglich. Bevorzugt wird das Schallsignal S1 bis Sz zweikanalig erfasst. D. h. je menschliches Ohr ist ein Mikrofon zur Aufnahme des Schallsignals S1 bis Sz vorgesehen.
Das Schallsignal S1 bis Sz wird anschließend der Auswerteeinheit 4 zugeführt. Die Auswerteeinheit 4 umfasst zur Frequenzaufteilung des Schallsignals S1 bis Sz ein Filterbanksystem 6. Das Filterbanksystem 6 weist hierzu mehrere statische Filter 8 mit verschiedenen Durchlassbereichen auf. Als statische Filter 8 werden z. B. so genannte Terzfilter oder Schmalbandfilter verwendet, welche das Schallsignal S1 bis Sz in eine Vielzahl von Frequenzbändern f1 bis fn mit einer beliebigen Bandbreite beispielsweise von 20 Hz bis 20 kHz, mit beliebiger Flankensteilheit und Überlappungen unterteilen.
Zur gehörrichtigen Korrektur des Schallsignals S1 bis Sz umfasst die Auswerteeinheit 4 des Weiteren eine Vielzahl von dynamischen Filtern DF1 bis DFn. Bevorzugt entspricht die Anzahl der dynamischen Filtern DF1 bis DFn der Anzahl der Frequenzbänder f1 bis fn. Mit anderen Worten: Jedem statischen Filter 8 des Filterbanksystems 6 ist mindestens ein dynamisches Filter DF1 bis DFn zugeordnet.
Das jeweilige dynamische Filter DF1 bis DFn umfasst zur gehörrichtigen Korrektur des Schallsignals S1 bis Sz als Übertragungs- und Korrekturfunktion eine Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK gemäß: ΔK(f1 bis fn) = f (L(ti ∊ [t1; t2]; fj bis fk)) [1]mit f1 bis fn = Frequenzbänder, L = Pegel, ti = beliebige Zeitdauer einer Aufnahme, fj bis fk = beliebiges anderes Frequenzband.
Dabei wird die Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK als Pegel-Frequenz-Kurve, welche anhand des momentan erfassten Pegels L, z. B. eines über die Summe aller Frequenzbänder f1 bis fn erfassten Pegels L_G bzw. eines über ein einzelnes Frequenzband f1 bis fn bzw. fj bis fk erfassten Bandpegels L_B in Abhängigkeit von der Lautstärke bestimmt werden, im jeweiligen dynamischen Filter DF1 bis DFn hinterlegt.
Je nach Art und Aufbau des dynamischen Filters DF1 bis DFn können filterbezogen mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK verschiedener Lautstärken als ein Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzt sein und hinterlegt werden. Des Weiteren kann dabei das Gehörrichtigkeitskennfeld eines jeden dynamischen Filters DF1 bis DFn anhand von momentan erfassten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität, Schallfrequenz, angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige dynamische Filter DF1 bis DFn anhand von mindestens einer Kenngröße, wie zum Beispiel Reaktionszeit, Reaktionsgeschwindigkeit, Rückstellzeit eingestellt werden.
Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird das empfangene Schallsignal S1 bis Sz mittels der statischen Filter 8 in Frequenzbänder f1 bis fn aufgeteilt und mittels der dynamischen frequenzselektiven Filter DF1 bis DFn im jeweiligen Frequenzband f1 bis fn in Abhängigkeit vom Pegel L zu einem beliebigen Zeitpunkt ti, z. B. in Abhängigkeit vom momentanen oder einem vorangegangenen oder einem nachfolgenden Pegel L(ti), oder in Abhängigkeit vom Pegel L in einem vorgegebenen anderen Frequenzband fj bis fk korrigiert. Mit anderen Worten: Mittels der dynamischen Filter DF1 bis DFn wird anhand einer der Korrekturen der Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK das empfangene Schallsignal S1 bis Sz zu einem reproduzierten Schallsignal SK1 bis SKz verarbeitet.
Zur Ausgabe des reproduzierten Schallsignals SK1 bis SKz umfasst die Vorrichtung 1 eine Ausgabeeinheit 10. Als Ausgabeeinheit 10 dient beispielsweise ein Lautsprecher, ein Kopfhörer oder ein Schwingungsgeber oder eine Kombination davon, insbesondere eine Kombination aus Kopfhörer und Schwingungsgeber.
Nachfolgend wird die Korrektur oder Reproduktion des empfangenen Schallsignals S1 bis Sz ganz allgemein anhand eines Beispiels näher beschrieben.
Dabei wird die Vorrichtung 1 als ein System verwendet, welches sich selbst auf die Umgebung, z. B. einen geschlossenen oder offenen Raum, einmisst und alle Lautstärkeniveaus eines Schallsignals S1 bis Sz gehörrichtig reproduziert. Hierbei wird beispielsweise in einem geschlossenen System mittels der Ausgabeeinheit 10 anhand eines Luftschall-Impulses die akustische Umgebung angeregt und ein Schallsignal S1 bis Sz erzeugt. Das Schallsignal S1 bis Sz wird mittels der Aufnahmeeinheit 2, z. B. einem Kunstkopf- oder Kopfbügelmikrofon, erfasst, wobei mittels der Auswerteeinheit 4 die räumlichen Reflexionsverhältnisse mit den diskreten Einzelreflexionen und der diffusen Nachhallzeit bei der Schallerfassung mittels der Aufnahmeeinheit 2 bestimmt werden, um bei der weiteren Verarbeitung berücksichtigt zu werden.
Auf Basis dieser Messung wird anhand von pegelabhängigen Korrekturwerten KW eine Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK ermittelt und hinterlegt. Alternativ kann bereits aus einer Anzahl von in einem dynamischen Gehörrichtigkeitskennfeld hinterlegten Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK die passende ausgewählt werden. Mit anderen Worten: Mittels der Kombination von akustischen Messdaten – wie Pegel L, L_G, L_B, Schallsignal S1 bis Sz, Zeit ti, Frequenzbänder f1 bis fn – mit der empirisch ermittelten Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK wird ein empfangenes Schallsignal S1 bis Sz entsprechend der menschlichen Wahrnehmung und somit der empfundenen Lärm- und Geräuschsituation korrigiert und angepasst.
Als Ergebnis wird ein reproduziertes Schallsignal SK1 bis SKz ausgegeben, welches die akustische Umgebung künstlich beschreibt, so dass Rückschlüsse für Anpassungen von Lärm oder Geräusch erzeugenden Einrichtungen oder von der Beschallung dienenden Einrichtungen möglich sind.
2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines empfangenen Schallsignals S1. 3 zeigt beispielhaft die Unterteilung des empfangenen Schallsignals S1 in Frequenzbänder f1 bis fn mittels des Filterbanksystems 6 und dessen statischen Filter 8.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Zeit-Frequenz-Diagramm mit Zeitkurven verschiedener Geräuschsignale S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker, die als Schallsignale S1 bis Sz erfasst werden. Dabei handelt es sich bei dem Geräuschsignal S_Lüfter z. B. um einen permanent tiefen Ton eines eingeschalteten Gebläses. Beim Geräuschsignal S_Motor handelt es sich um ein Geräusch eines Verbrennungsmotors, das aufgrund der Zündfrequenz und steigender Motordrehzahl einen Ton mit steigender Frequenz erzeugt, und beim Geräuschsignal S_Blinker um ein Geräusch, welches durch Einschalten eines Blinkers Einzeltöne erzeugt.
Alle drei Geräuschsignale S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker werden gleichzeitig, aber unterschiedlich wahrgenommen. Für eine möglichst gehörrichtige Schallanalyse der drei Geräuschsignale S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker werden diese, wie oben allgemein beschrieben, mittels der Auswerteeinheit 4 anhand des Filterbanksystems 6 in die Frequenzbänder f1 bis fn aufgeteilt und anhand der Frequenzband f1 bis fn bezogenen dynamischen Filtern DF1 bis DFn mittels der Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK in Abhängigkeit vom Pegel L im jeweiligen Frequenzband f1 bis fn korrigiert und zu einem reproduzierten Schallsignal SK1 bis SKn verarbeitet.
Dabei wird z. B. anhand des erfassten Pegels L, z. B. des Pegels L_G aller Frequenzbänder f1 bis fn und/oder des Bandpegels L_B, der Geräuschsignale S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker die zugehörige Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK ermittelt und zur Korrektur verwendet. Je nach Größe des erfassten Pegels L können z. B. für jedes Frequenzband f1 bis fn anhand eines dem jeweiligen Frequenzband f1 bis fn zugehörigen zeitlich vorangegangenen oder nachfolgenden Bandpegels L_B–1 oder L_B+1 pegelabhängige Korrekturwerte KW für das jeweilige Geräuschsignal S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker bestimmt werden, anhand derer die Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK ermittelt und ggf. angepasst wird. Beispielsweise wird durch eine derartige Korrektur anhand der Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK mittels der dynamischen Filter DF1 bis DFn das eventuell durch das ansteigende Geräuschsignal S_Motor des Motors übertönte und nicht wahrgenommene Geräuschsignal S_Blinker des Blinkers gleichbleibend verstärkt, wohingegen das Geräuschsignal S_Motor des Motors gleitend geschwächt und das Geräuschsignals S_Lüfter des Gebläses gleich gelassen wird.
Die Ermittlung und Anpassung der Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK wird auch lautstärkeabhängige Pegelkorrektur oder Gehörrichtigkeitskorrektur genannt. Die pegelabhängigen Korrekturwerte KW werden bandbezogen als Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK, wie in 5 dargestellt, im jeweiligen dynamischen Filter DF1 bis DFn hinterlegt. 5 zeigt ein Beispiel für eine Korrektur- oder Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK1 (70 dB(A)). Die Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK kann dabei ortsabhängig, z. B. für einen geschlossenen oder offenen Raum, ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das empfangene Schallsignal S1 bis Sz, d. h. das aus allen drei Geräuschsignalen S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker erfasste Schallsignal, bandbezogen anhand der pegelabhängigen Korrekturwerte KW und deren Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK anderer Frequenzbänder fj bis fk korrigiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform können mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen ΔK1 (0 dB(A)) bis ΔKn (140 dB(A)) verschiedener Lautstärke zu einem Gehörrichtigkeitskennfeld, wie in 6 gezeigt, zusammengesetzt werden. Je nach Reproduktionsgrad kann das Gehörrichtigkeitskennfeld anhand von momentan bestimmten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität gleitend angepasst werden. Bevorzugt werden des Weiteren bei der Bestimmung des reproduzierten Schallsignals SK1 bis SKz räumliche Reflexionsverhältnisse wie diskrete Reflexionen und/oder die Nachhallzeit des empfangenen Schallsignals S1 bis Sz berücksichtigt. So wird bei einem geschlossenen Raum, z. B. einem Tunnel, die Reflexion der Geräuschsignale S_Lüfter, S_Motor, S_Blinker an den Wänden berücksichtigt, indem zum momentan erfassten Pegel L ein vorgegebener Korrekturpegel zu dem Korrekturwert KW der Gehörrichtigkeitsfunktion ΔK addiert oder berücksichtigt wird.

Claims

Verfahren zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen (S1 bis Sz), bei dem ein empfangenes Schallsignal (S1 bis Sz) mittels mehrerer frequenzselektiver dynamischer Filter (DF1–DFn) in einem vorgegebenem Frequenzband (f1 bis fn) in Abhängigkeit von einem Pegel (L) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (ti) und/oder in Abhängigkeit von einem Pegel (L) in einem vorgegebenen anderen Frequenzband (fj bis fk) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das empfangene Schallsignal (S1 bis Sz) in Abhängigkeit vom momentanen über die Summe aller Frequenzbänder (f1 bis fn) erfassten Pegel (L_G) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das empfangene Schallsignal (S1 bis Sz) in Abhängigkeit vom momentanen Bandpegel (L_G) des jeweiligen oder eines anderen Frequenzbandes (f1 bis fn) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 3, bei dem das empfangene Schallsignal (S1 bis Sz) anhand einer der Korrekturen zu einem reproduzierten Schallsignal (SK1 bis SKz) verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem Frequenzband bezogen, insbesondere für jedes Frequenzband (f1 bis fn) anhand des zugehörigen momentanen Bandpegels (L_B), pegelabhängige Korrekturwerte (KW) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem Frequenzband (f1 bis fn) bezogen, insbesondere für jedes Frequenzband (f1 bis fn) anhand eines dem jeweiligen Frequenzband (f1 bis fn) zugehörigen zeitlich vorangegangenen oder nachfolgenden Bandpegels (L_B), pegelabhängige Korrekturwerte (KW) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das empfangene Schallsignal (S1 bis Sz) Frequenzband (f1 bis fn) bezogen anhand von pegelabhängigen Korrekturwerten (KW) anderer Frequenzbänder (f1 bis fn) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die pegelabhängigen Korrekturwerte (KW) Frequenzband bezogen als Gehörrichtigkeitsfunktion (ΔK, ΔK1 bis ΔKn) im dynamischen Filter (DF1 bis DFn) hinterlegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen (DF1 bis DFn) verschiedener Lautstärke zu einem Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Gehörrichtigkeitskennfeld anhand von momentan bestimmten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität gleitend angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem bei der Bestimmung eines reproduzierten Schallsignals (SK1 bis SKz) die räumlichen Reflexionsverhältnisse wie diskrete Reflexionen und/oder die Nachhallzeit des empfangenen Schallsignals (S1 bis Sz) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das empfangene Schallsignal (S1 bis Sz) ein- oder mehrkanalig verarbeitet wird.
Dynamisches Filter (DF1 bis DFn) zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen (S1 bis Sz), umfassend eine Anzahl von jeweils eine Gehörrichtigkeitsfunktion (ΔK, ΔK1) repräsentierenden Pegel-Frequenz-Kurven, welche anhand eines momentan erfassten Pegels (L, L_B, L_G), insbesondere eines über die Summe aller Frequenzbänder (f1 bis fn) erfassten Pegels (L_G), in Abhängigkeit von der Lautstärke bestimmt und hinterlegt werden.
Dynamisches Filter (DF1 bis DFn) nach Anspruch 13, bei dem mehrere Gehörrichtigkeitsfunktionen (ΔK, ΔK1 bis ΔKn) verschiedener Lautstärken als ein Gehörrichtigkeitskennfeld zusammengesetzt und hinterlegt sind bzw. werden.
Dynamisches Filter (DF1 bis DFn) nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Gehörrichtigkeitskennfeld anhand von momentan erfassten Parametern, wie Schalldruckpegel, Schallintensität, Schallfrequenz, angepasst wird.
Vorrichtung (1) zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen (S1 bis Sz) mit einer Aufnahmeeinheit (2) zum Empfang eines Schallsignals (S1 bis Sz) und einer Auswerteeinheit (4), wobei die Auswerteeinheit (4) mehrere frequenzselektive dynamische Filter (DF1 bis DFn) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 und eine Ausgabeeinheit (10) zur Ausgabe eines aus dem empfangenen Schallsignal (S1 bis Sz) resultierenden reproduzierten Schallsignals (SK1 bis SKz) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, bei der die Aufnahmeeinheit (2) als ein Mikrofon ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, bei der die Aufnahmeeinheit (2) als ein Kunstkopf oder als Kopfbügelmikrofon, insbesondere als ein simulierter oder nachgebildeter Kunstkopf, ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei der die Auswerteeinheit (4) ein Filterbanksystem (6) mit einer Vielzahl von statischen Filtern (8) beliebiger Bandbreite, Flankensteilheit und mit Überlappungen umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, bei der das Filterbanksystem (6) für jeden statischen Filter (8) mindestens ein dynamisches Filter (DF1 bis DFn) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, bei der die dynamischen Filter (DF1 bis DFn) anhand von mindestens einer Kenngröße, wie zum Beispiel Reaktionszeit, Reaktionsgeschwindigkeit, Rückstellzeit, parametrierbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei der die Ausgabeeinheit (10) als Lautsprecher oder Kopfhörer oder Schwingungsgeber oder eine Kombination davon, insbesondere die Kombination aus Kopfhörer und Schwingungsgeber, ausgebildet ist.