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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zustandsabhängigen
Ausgabe von Klängen in einem Kraftfahrzeug, welche geeignet
ist zur Ausgabe von Klängen, die bestimmten Fahrzeugzuständen
zugeordnet sind und jeweils bestimmbar sind aus Klangdaten, welche
in einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Speichereinheit gespeichert
sind.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 025 090
A1 bekannt. Das Dokument beschreibt insbesondere, wie Klänge
oder Klangfolgen an einen Benutzer anpassbar sind, indem Klangdaten,
etwa durch eine externe Recheneinheit veränderbar sind.
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Vorrichtungen
zur akustischen Signalisierung von Abläufen und/oder Zuständen
in einem Kraftfahrzeug sind seit langem bekannt. Beginnend mit dem
Blinkgeberrelais, das seinen Betrieb mit Klickgeräuschen
signalisiert über den Summer, der beim Verlassen des Fahrzeugs
an die noch eingeschaltete Beleuchtung erinnert, wurden die Signalisierungen
immer umfangreicher und aufwendiger und, bedingt durch den Einsatz
von Elektronik auch qualitativ immer hochwertiger. In modernen Kraftfahrzeugen
signalisieren verschiedene Warntöne beim Losfahren einen
nicht angelegten Sicherheitsgurt, eine nicht gelöste Handbremse,
nicht vollständig geschlossene Fahrzeugtüren und
vieles andere mehr.
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In
der
DE 10 2005
025 090 A1 wird vorgeschlagen, Klangfolgen, also etwa Geräusche,
Melodien oder realitätsnahe Klangsignale an die zu signalisierenden
Funktionen sowie an die Vorlieben des Anwenders anpassbar zu gestalten.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Klänge
als digitale Klangdaten, die durch eine Recheneinheit wiedergegeben werden
können, in einer Speichereinheit abgespeichert vorliegen
und daher relativ leicht veränderbar sind.
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Auch
wenn Rechen- und Speichereinheiten mittlerweile recht günstig
erhältlich sind, stellt sich dennoch die Aufgabe, eine
derartige Vorrichtung möglichst einfach und kostengünstig
auszuführen wobei gleichzeitig eine hohe Klangqualität
der Klangfolgen erreicht werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Klänge als differentielle, logarithmisch codierte
Signale gespeichert sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht damit ein
Signalformat vor, welches den Aufwand zur Speicherung und zur Wiedergabe
durch eine Recheneinheit minimiert und zugleich ein hochqualitative
Darstellung des Signals ermöglicht.
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Übliche
Speicherformate für Audiosignale sind beispielsweise das
Wave-Format (auch kurz ”wav”) und das MPEG-1 Audio
Layer 3-Format (kurz ”mp3”). Das wav-Format speichert
zumeist ein digitalisiertes Audiosignal in unkomprimierter Form
und ist, da es keine Komprimierungsverluste aufweist, hinsichtlich
der Klangqualität optimal. Die Wiedergabe erfolgt im wesentlichen
durch eine einfache Digital-Analog-Wandlung und ist daher durch
eine Recheneinheit mit nur geringem Aufwand durchführbar. Nachteilig
ist aber, dass der Speicherplatzbedarf dieses Datenformats beträchtlich
ist.
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Im
Gegensatz dazu ist der Speicherplatzbedarf von mp3-Daten äußerst
gering. Durch einen aufwendigen Kompressionsalgorithmus bleibt die
Klangqualität auch bei einer relativ hohen Kompressionsrate
noch gut bist akzeptabel. Nachteilig hierbei ist, dass auch die
Decodierung der mp3-Daten einen hohen Rechenaufwand erfordern.
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Zur
Wiedergabe einer Klangdatei im mp3-Format wird somit eine Recheneinheit
mit einem hohen Leistungsvermögen benötigt. Hierbei
ergeben sich prinzipiell zwei Möglichkeiten. Erstens kann
die Recheneinheit ausschließlich zur Wiedergabe von Klangdateien
vorgesehen sein. Es liegt auf der Hand, dass eine eigene Recheneinheit
mit einem hohen Leistungsvermögen für vergleichsweise
selten auftretende Warnsignale unverhältnismäßig
aufwendig ist.
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Die
zweite Möglichkeit besteht darin, dass zur Klangwiedergabe
eine Recheneinheit vorgesehen ist, die parallel auch andere Funktionen
ausführt. In diesem Fall ist sicherzustellen, dass diese,
möglicherweise sicherheitsrelevanten Funktionen nicht durch
den hohen Rechenaufwand, den die Wiedergabe von mp3-Daten erfordert,
beeinträchtigt wird. Ebenfalls ungünstig wäre
es, wenn das Abspielen der Klangdateien bei anderweitiger Auslastung
der Recheneinheit unterbrochen oder gar abgebrochen würde.
Eine solche Unterbrechung wäre sehr auffällig,
und könnte dem Benutzer des Kraftfahrzeug den Eindruck
geben, dass eine Fehlfunktion vorliegt.
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Hieraus
ergibt sich, dass die Verwendung aufwendig komprimierter Audiodatenformate
eine besonders leistungsfähige und teure Recheneinheit erfordert.
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Um
den Bedarf an Speicherplatz und Rechenleistung gering zu halten,
bleibt noch die Möglichkeit, als Warntöne sehr
einfache Klänge zu verwenden oder komplexe Klänge,
die nach einem einfachen Verfahren stark komprimiert sind.
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Die
Wiedergabe derartiger Klänge kann billig oder sogar unangenehm
klingen und kann daher die Wertigkeit moderner Kraftfahrzeuge nicht
unterstreichen.
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Zur
Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß ein
Datenformat vorgesehen, welches sowohl an den Speicherplatzbedarf
als auch an die Leistungsfähigkeit der Recheneinheit nur
relativ geringe Anforderung stellt und gleichzeitig eine hochqualitative
Klangwiedergabe ermöglicht.
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Die
Klangsignale sind in einem Format gespeichert, bei dem an den Digitalisierungsstellen nicht
die Absolutwerte des jeweiligen Signalverlaufs erfasst sind, sondern
jeweils die Differenzwerte zum Signalwert an der vorherigen Digitalisierungsstelle. Diese
Digitalisierungsart ist grundsätzlich bekannt und wird
als differentielle Pulscodemodulation (DPCM) bezeichnet. Da die
Differenz der Signalwerte an zwei aufeinanderfolgenden Digitalisierungsstellen
im allgemeinen für typische Audiosignale geringer ist als die
Absolutwerte der Signale an diesen Stellen, kann die Speicherung
der Differenzen mit einer weitaus geringeren Wortbreite erfolgen,
als zur Speicherung der Absolutwerte erforderlich wäre
(z. B. als ein 12-bit-statt eines 16-bit-Wort). Hierdurch kann der
zur Speicherung der Klänge erforderliche Speicherplatz bereits
erheblich reduziert werden.
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Eine
weitere Speicherplatzeinsparung kann dadurch erreicht werden, dass
die erfassten Differenzwerte vor dem Abspeichern logarithmiert werden.
Hierdurch werden große Signaländerungen absolut
gesehen weniger genau aufgelöst, als kleine Signaländerungen,
was aber nur geringe, kaum wahrnehmbare Einbußen der Klangqualität
mit sich bringt. Hier wird der psychoakustische Effekt ausgenutzt, dass
das menschliche Ohr bei hohen Amplituden weniger empfindlich für
Störungen (Quantisierungsfehler) ist als bei kleinen Amplituden.
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Durch
das genannte Verfahren ist es möglich, die zu speichernde
Datenmenge beispielsweise zu halbieren (Kompressionsverhältnis
1:2).
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Vorteilhaft
ist, dass die Dekodierung eines derart abgespeicherten Signals keinen
besonders hohen Rechenaufwand sowie RAM-Speicherbedarf erfordert
und daher auch einen einfachen Prozessor nur wenig belastet. Die
Recheneinheit kann daher ohne weiteres parallel zur Realisierung
weiterer Funktionen vorgesehen sein.
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Vorteilhaft
ist auch, wenn die Klangdateien in mehreren Sets vorliegen, die
unterschiedliche Klangcharakteristiken aufweisen. Diese Klangcharakteristiken
können beispielsweise jeweils einem gemeinsamen Klangthema
unterliegen, so dass sich der Fahrzeugbenutzer das seinem persönlichen
Geschmack am meisten entsprechende Klangset auswählen kann.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Klangsets, zumindest teilweise, in einem
wiederbeschreibbaren Speicher abgelegt sind, so dass vorhandene Klangsets
bedarfsweise gegen neue Klangsets austauschbar sind, wodurch sich
weitere Auswahlmöglichkeiten für den Fahrzeugbenutzer
ergeben. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass jede
einzelne Klangdatei nur relativ wenig Speicherplatz belegt, so dass
auch eine Anzahl von Klangsets, die jeweils aus mehreren Klangdateien
bestehen mit einem vertretbaren Aufwand in einem Speicher abgelegt
sein können. Das Austauschen oder Hinzufügen von
Klangsets kann beispielsweise durch Anfügen eines externen
Speichermediums erfolgen oder auch durch einen drahtlosen Download
von Klangdateien.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen
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1 eine
Prinzipskizze der Vorrichtung,
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2 ein
Signaldiagramm.
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Die 1 zeigt
schematisch den Aufbau der Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen
Klangspeicher (KS) auf, der als ein kostengünstiger Flash-Speicher
ausgeführt sein kann. In dem Klangspeicher sind mehrere
Sets von Klangdateien mit jeweils unterschiedlichen Charakteristiken
(z. B. klassisch, modern, futuristisch, naturnah) abgespeichert. Der
Benutzer des Kraftfahrzeugs kann sich daraus ein Set von Klangdateien
nach seinen persönlichen Vorlieben auswählen (AW)
und aktiv schalten. Darüber hinaus hat der Benutzer die
Möglichkeit, Klangdateien als Download (DL) von einer externen
Datenquelle über einen Mikrocomputer (MC) in den wiederbeschreibbaren
Klangspeicher (KS) zu laden, und so die Klangsets zusätzlich
an den eigenen Geschmack anzupassen.
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Das
Abspielen der Klangdaten erfolgt über eine Recheneinheit,
etwa durch einen Mikrocomputer (MC), der Klangdaten an einen Digital-Analog-Wandler
(DAC) gibt, dessen analoges Ausgangssignal von einem Verstärker
(AMP) und einen damit verbundenen Lautsprecher (LS) hörbar
gemacht wird.
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Das
Abspielen der Klänge veranlasst die Recheneinheit (MC)
in Abhängigkeit von Zuständen, die von der Recheneinheit
(MC) erfasst werden, wie etwa der Stellung von Kontrollschaltern
oder von Bedienelementen (BE). Weiterhin können auch andere Steuergeräte
innerhalb des Fahrzeugs Einfluss auf das Abspielen haben wie zum
Beispiel die Einparkhilfe.
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Neben
dem Abspielen von Klängen ist die Recheneinheit (MC) darüber
hinaus dazu vorgesehen, Funktionen auszuführen, die durch
die Bedienelemente (BE) ausgelöst werden. Die Vorrichtung kann
beispielsweise vorteilhaft in einem Lenksäulenmodul verwendet
werden, in dem verschiedene Schalter, insbesondere Lenkstockschalter,
aber auch ein Lenkwinkelsensor Bedienelemente bilden können,
deren Ausgangssignale von der Recheneinheit (MC) verarbeitet werden.
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Das
Abspielen von Klangdateien ist somit eine von mehreren Aufgaben,
die von der Recheneinheit (MC) ausgeführt werden. Eine
negative Beeinflussung der Recheneinheit (MC) hinsichtlich anderer
Aufgaben wird dadurch vermieden, dass die Klangdateien in dem Klangspeicher
(KS) in einem Datenformat abgelegt sind, welches beim Abspielen der
Recheneinheit (MC) nur einen geringen Anteil ihrer möglichen
Rechenleistung abverlangt.
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Dieses
Datenformat ist in der 2 skizziert. Zur Verdeutlichung
ist hier vereinfachend angenommen, der wiederzugebene Klang sei
durch eine einfache Sinuskurve darstellbar. Eine Digitalisierung durch
Pulscodemodulation (PCM) ermittelt in regelmäßigen
Abständen den Wert des Kurvenverlaufs und legt diese Werte
als Binärdaten in einem Speicher ab.
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Bei
der hier verwendeten Vorrichtung sind Klangdateien abgespeichert,
die nicht die absoluten Werte der Kurve enthalten, sondern jeweils
die Differenzwerte zwischen jeweils zwei Digitalisierungsstellen.
Ein solches Digitalisierungsverfahren ist als differentielle Pulscodemodulation
(DPCM) bekannt. Wie aus der 2 hervorgeht
sind die Differenzen deutlich kleiner als die Absolutwerte der Pulscodemodulation
(PCM), so dass hier kleinere Werte anfallen, die als Binärdaten
deutlich weniger Speicherplatz belegen.
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Eine
weitere Verkleinerung der Werte und damit eine weitere Speicherplatzersparnis
wird durch eine, in der Figur nicht dargestellte, Logarithmierung der
DPCM-Daten vor dem Abspeichern erreicht. Hierdurch werden kleiner
Signaländerungen höher aufgelöst als
große Signaländerungen, was eine deutlicher Datenreduktion
ermöglicht.
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Vorteilhaft
ist, dass zur Wiedergabe der Klangdatei diese Datenkompression mit
einem geringen Rechenaufwand rückgängig gemacht
werden kann, wobei die dadurch bedingte Verringerung der Klangqualität
in den meisten Fällen noch unterhalb der Wahrnehmungsschwelle
bleibt.
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- AMP
- Verstärker
- AW
- Auswahl
- BE
- Bedienelemente
- DAC
- Digital
Analog-Wandler
- DL
- Download
- DPCM
- differentielle
Pulscodemodulation
- KS
- Klangspeicher
- LS
- Lautsprecher
- MC
- Recheneinheit
(Mikrocomputer)
- PCM
- Pulscodemodulation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005025090
A1 [0002, 0004]