DE102013202810A1 - Noise reduction system for vehicle, has active noise cancellation unit determining anti-signal as function of position of relevant body part of occupant such that effect of anti-signal for noise reduction in area around body part is optimal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Reduzierung von Störgeräuschen in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system for reducing noise in a vehicle according to the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Störgeräuschunterdrückungssystemen bzw. Störgeräuschminimierungssystemen bekannt. Hierbei ist zwischen passiven Systemen, welche durch den Einsatz entsprechender Konstruktionen und Materialien versuchen, das von einer Störgeräuschquelle abgestrahlte Störgeräusch zu reduzieren, und aktiven Störgeräuschunterdrückungssytemen mittels einer sog. aktiven Lärmkompensation (engl. Active Noise Cancellation bzw. Active Noise Control ANC) zu unterscheiden. Bei der aktiven Lärmkompensation wird ein sog. Antischall erzeugt, durch den mittels destruktiver Interferenz der Störschall ausgelöscht wird, d. h. es wird ein Signal erzeugt, das dem des störenden Schalls mit entgegengesetzter Polarität entspricht.From the prior art, a variety of noise reduction systems or noise minimization systems are already known. In this case, a distinction must be made between passive systems which attempt to reduce the noise emitted by a noise source by using appropriate constructions and materials, and active noise cancellation systems by means of so-called Active Noise Cancellation (Active Noise Control ANC). In active noise compensation, a so-called anti-sound is generated, by means of destructive interference of the noise is canceled, d. H. a signal is generated which corresponds to that of the interfering sound of opposite polarity.
Diese aktiven Systeme haben im Allgemeinen den Nachteil, dass durch den erzeugen Antischall nur in einem sehr begrenzten Raumbereich eine gute Störgeräuschkompensation möglich ist.These active systems generally have the disadvantage that good noise cancellation is only possible in a very limited spatial area due to the generated anti-sound.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes und vereinfachtes System zur Unterdrückung bzw. Reduzierung von Störgeräuschen in einem Fahrzeug anzugeben.The object of the invention is to provide an improved and simplified system for suppressing or reducing noise in a vehicle.
Diese Aufgabe wird durch ein System nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a system according to claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims.
Das erfindungsgemäße System basiert grundsätzlich auf der Basis einer aktiven Lärmkompensation. Hierzu ist im Fahrzeug eine aktive Lärmkompensationseinheit zum Ermitteln eines Antisignals zur Störgeräuschunterdrückung in Abhängigkeit der zu unterdrückenden Störgeräusche vorgesehen. Weiter umfasst das System eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben des ermittelten Antisignals, und eine in einer Kopfstütze eines Sitzes angeordnete Positionserfassungseinheit zum Erfassen eines für die Störgeräuschunterdrückung maßgeblichen Körperteils eines Insassen des Fahrzeugs.The system according to the invention is basically based on active noise compensation. For this purpose, an active noise compensation unit is provided in the vehicle for determining an anti-noise cancellation signal as a function of the noise to be suppressed. The system further comprises an output unit for outputting the detected anti-signal, and a position detection unit arranged in a headrest of a seat for detecting a body part of an occupant of the vehicle which is decisive for the noise suppression.
Grundgedanke der Erfindung ist nun, dass die Lärmkompensationseinheit das Antisignal in Abhängigkeit von der mit der Positionserfassungseinheit ermittelten Position des maßgeblichen Körperteils derart ermittelt, dass die Wirkung des ausgegebenen Antisignals zur Störgeräuschunterdrückung auf den Bereich um die ermittelte Position des maßgeblichen Körperteils zumindest nahezu optimal ist. Mit anderen Worten wird bei der Ermittlung des Antisignals bereits derjenige Ort berücksichtigt, bei dem die Störgeräuschunterdrückung am besten wirken soll. Idealerweise ist die Positionserfassungseinheit als berührungslose Sensoreinheit ausgestaltet, welche zwei oder mehrere Ultraschallsensoren (PDC-Sensoren) pro Kopfstütze umfasst.The basic idea behind the invention is that the noise compensation unit determines the antisense signal as a function of the position of the relevant body part ascertained with the position detection unit in such a way that the effect of the output antisignal for noise suppression on the area around the ascertained position of the relevant body part is at least almost optimal. In other words, in the determination of the anti-signal, that location is already taken into account in which the noise suppression should work best. Ideally, the position detection unit is designed as a contactless sensor unit, which comprises two or more ultrasonic sensors (PDC sensors) per headrest.
Vorteilhafterweise ermittelt dazu die Lärmkompensationseinheit zunächst ein vom Störgeräusch abhängiges (Basis-)Antisignal, welches anschließend in Abhängigkeit von der ermittelten Position des maßgeblichen Körperteils derart angepasst wird, so dass die Wirkung des Antisignals zur Störgeräuschunterdrückung im Bereich der ermittelten Position des maßgeblichen Körperteils zumindest nahezu optimal ist. Das anfänglich ermittelte (Basis-)Antisignal kann dabei derart ausgestaltet sein, dass es für einen definierten Bereich vor der Kopfstütze optimal ist, wobei der definierte Bereich demjenigen Bereich entspricht, innerhalb dessen sich der Kopf des Fahrer bei normaler Sitzposition befinden sollte.Advantageously, the noise compensation unit first determines a (basic) anti-noise signal which is dependent on the determined position of the relevant body part, so that the effect of the anti-noise signal in the region of the determined position of the relevant body part is at least almost optimal is. The (base) anti-signal initially determined may be designed such that it is optimal for a defined area in front of the headrest, the defined area corresponding to the area within which the head of the driver should be in normal sitting position.
Um das System möglichst einfach zu machen, wird vorteilhafterweise ein vor der Kopfstütze befindlicher definierter Bereich in mehrere Segmente aufgeteilt, und in Abhängigkeit von der ermittelten Position des maßgeblichen Körperteils ein für die Störgeräuschunterdrückung maßgebliches Segment ausgewählt. Die Lärmkompensationseinheit ermittelt bzw. passt das Antisignal für das zu unterdrückende Störgeräusch dann nicht direkt in Abhängigkeit von der ermittelten Position des maßgeblichen Körperteils, sondern in Abhängigkeit vom ausgewählten maßgeblichen Segment an. Dadurch kann erhebliche Rechenleistung eingespart werden.In order to make the system as simple as possible, a defined area located in front of the headrest is advantageously divided into a plurality of segments, and a segment relevant for the noise suppression is selected as a function of the determined position of the relevant body part. The noise compensation unit then determines or adapts the anti-signal for the noise to be suppressed not directly as a function of the determined position of the relevant body part, but as a function of the selected relevant segment. This can save considerable computing power.
Vorteilhafterweise wird hierzu für jedes Segment ein für dieses Segment maßgebliches Datenset für die Störgeräuschunterdrückung in diesem Segment vorab definiert, so dass die Lärmkompensationseinheit in Abhängigkeit vom ermittelten maßgeblichen Segment das Antisignal in Abhängigkeit von dem dazugehörigen Datenset anpasst. Das Datenset umfasst eine für die Störgeräuschunterdrückung im dazugehörigen Segment angepassten Parametersatz, durch den das (Basis-)Antisignal angepasst wird.Advantageously, for this purpose, a data set relevant for this segment for noise suppression in this segment is defined in advance for each segment, so that the noise compensation unit is dependent on the determined relevant segment adapts the anti-signal as a function of the associated data set. The data set comprises a parameter set adapted for noise suppression in the associated segment, by means of which the (basic) anti-signal is adapted.
Vorteilhafterweise werden die Datensets vorab bspw. mit einem Mikrofon-Array bestimmt, mit der Positionserfassungseinrichtung abgestimmt und in einer Datenbank bzw. einem Speicher abgelegt, so dass im Betrieb diese Daten stets zur Verfügung stehen.Advantageously, the data sets are previously determined, for example, with a microphone array, tuned to the position detection device and stored in a database or a memory, so that these data are always available during operation.
Um für jedes Ohr eine optimale Störgeräuschreduzierung erreichen zu können, kann das System vorteilhafterweise derart weitergebildet sein, dass die Positionserfassungseinheit die Position zumindest zweier maßgeblicher Körperteile, insbesondere der Ohren des Insassen erfasst und für jedes maßgebliche Körperteil in Abhängigkeit der ermittelten Position ein für die Störgeräuschunterdrückung maßgebliches Segment ausgewählt wird. Die Lärmkompensationseinheit ermittelt dann für jedes maßgebliche Körperteil ein eigenes Antisignal für das zu unterdrückende Störgeräusch in Abhängigkeit vom ausgewählten Segment. Im Detail kann dabei wiederum zunächst ein von der Position des maßgeblichen Körperteils unabhängiges (Basis-)Antisignal ermittelt werden und dann für jedes maßgebliche Körperteil eine entsprechend dem maßgeblichen Segment individuelle Anpassung erfolgen. Um auch eine entsprechende Ausgabe des angepassten Antisignals ermöglichen zu können, muss die Ausgabeeinheit derart ausgestaltet sein, dass sie für jedes maßgebliche Körperteil das individuell angepasste Antisignal ausgeben kann. Idealerweise umfasst hierfür die Ausgabeeinheit zumindest einen in der Kopfstütze des Sitzes integrierten Lautsprecher pro maßgebliches Körperteil, vorzugsweise ein Lautsprecherpaar pro maßgeblichem Körperteil.In order to be able to achieve optimum noise reduction for each ear, the system can advantageously be developed such that the position detection unit detects the position of at least two relevant body parts, in particular the ears of the occupant and for each relevant body part as a function of the determined position relevant for the noise reduction Segment is selected. The noise compensation unit then determines, for each relevant body part, its own anti-noise signal for the noise to be suppressed as a function of the selected segment. In detail, a (base) antisense signal which is independent of the position of the relevant body part can again be determined first and then an adjustment corresponding to the relevant segment can be made for each relevant body part. In order to enable a corresponding output of the adjusted anti-signal, the output unit must be designed such that it can output the individually adapted anti-noise signal for each relevant body part. Ideally, for this purpose, the output unit comprises at least one loudspeaker integrated in the headrest of the seat per authoritative body part, preferably one pair of loudspeakers per authoritative body part.
Die Erfindung wird nun anhand nachfolgenden Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. eine stark vereinfachte Darstellung eines Systems zur Reduzierung von Störgeräuschen in einem Fahrzeug.The invention will now be explained in more detail with reference to the following embodiment. The only Fig. Shows a greatly simplified representation of a system for reducing noise in a vehicle.
Das System umfasst eine Lärmkompensationseinheit SG zur Ermittlung eines Antisignals a bzw. a(b4) und a(e4) in Abhängigkeit eines zu unterdrückenden Störgeräusches sg, eine zwei PDC-Sensoren PDC1 und PDC2 umfassende Positionserfassungseinheit, welche in der Kopfstütze KS angeordnet ist und zur Positionserfassung der Ohren der auf dem Fahrzeugsitzes sitzenden Person K dient, sowie eine Ausgabeeinheit bestehend aus 4 Lautsprechern LL und LR zur Ausgabe des ermittelten Antisignals a(b4) und a(e4).The system comprises a noise compensation unit SG for determining an antisignal a or a (b4) and a (e4) in response to a noise to be suppressed sg, a two PDC sensors PDC1 and PDC2 comprehensive position detection unit, which is arranged in the headrest KS and Position detection of the ears of the person sitting on the vehicle seat K is used, as well as an output unit consisting of 4 speakers LL and LR to output the detected anti-signal a (b4) and a (e4).
Der Bereich B vor der Kopfstütze KS ist weiter in verschiedene Teilbereiche Ba1, Bb1, ..., Bb4, ..., Be4, ... unterteilt. Mittels der PDC-Sensoren PDC1 und PDC2 lässt sich nun feststellen, in welchem Teilbereich sich der Kopf bzw. die Ohren des Insassen befinden. In diesem Beispiel befindet sich das linke Ohr im Teilbereich Bb4 und das rechte Ohr im Teilbereich Be4. Diese Positionsdaten bzw. die ausgewählten Teilbereich Bb4 und Be4 werden an die Lärmkompensationseinheit SG übermittelt.The region B in front of the headrest KS is further subdivided into different subregions Ba1, Bb1,..., Bb4,..., Be4,. By means of the PDC sensors PDC1 and PDC2 it is now possible to determine in which subarea the head or the ears of the occupant are located. In this example, the left ear is in the Bb4 subregion and the right ear is in the Be4 subregion. These position data or the selected subregions Bb4 and Be4 are transmitted to the noise compensation unit SG.
Grundsätzlich ist die Lärmkompensationseinheit SG nun derart ausgestaltet, dass sie in Abhängigkeit vom ermittelten Störgeräusch sg ein Basis-Antisignal a ermittelt, durch das an einem vorbestimmten Ort eine optimale Störgeräuschreduzierung erreicht wird. Dieses Basis-Antisignal a wird in Abhängigkeit von der ermittelten Position der Ohren bzw. den ermittelten maßgeblichen Teilbereichen Bb4 und Be4 derart angepasst, dass gerade in den maßgeblichen Bereichen Bb4 und Be4 die Wirkung der Störgeräuschreduzierung optimal ist. Hierzu ist für jeden Teilbereich Ba1, Bb1, ..., Bb4, ..., Be4, ... ein Datenset (z. B. a1, b4, e4) zur optimalen Anpassung des Antisignals auf den jeweiligen maßgeblichen Teilbereich Ba1, Bb1, ..., Bb4, ..., Be4, ... gespeichert, welches im Vorfeld für jeden Teilbereich Ba1, Bb1, ..., Bb4, ..., Be4, ... ermittelt wurde. Diese angepassten Antisignale a(b4) und a(e4) werden an die entsprechenden Ausgabeeinheiten LL und LR zur Ausgabe übermittelt, wodurch die optimale Störgeräuschunterdrückung in den beiden maßgeblichen Bereichen erzielt wird.Basically, the noise compensation unit SG is now designed such that, depending on the detected noise sg, it determines a basic anti-signal a, by means of which optimum noise reduction is achieved at a predetermined location. This basic anti-signal a is adjusted in dependence on the determined position of the ears or the determined relevant subregions Bb4 and Be4 such that the effect of the noise reduction is optimal, especially in the relevant areas Bb4 and Be4. For this purpose, for each subarea Ba1, Bb1, ..., Bb4,..., Be4,..., A data set (eg a1, b4, e4) for the optimal adaptation of the antisignal to the respective relevant subarea Ba1, Bb1 , ..., Bb4, ..., Be4, ... stored, which was determined in advance for each sub-area Ba1, Bb1, ..., Bb4, ..., Be4, .... These matched antisignals a (b4) and a (e4) are sent to the respective output units LL and LR for output, thereby achieving the optimum noise suppression in the two relevant ranges.
Durch dieses System kann auf einfache Weise eine optimale Störgeräuschreduzierung im maßgeblichen Bereich (also im Bereich der Ohren des Insassen) erreicht werden, ohne dass kontinuierlich eine Nachführung der Ausgabeeinheit notwendig ist. Weiter kann die berührungslose Positionserfassungseinheit auch für verschiedene Anwendungen wie z. B. zur Klangoptimierung eines Musikwiedergabesystems oder zum optimalen Einstellen von Fahrzeugkomponenten (z. B. Spiegel oder Head-up-Display) verwendet werden.This system can be achieved in a simple manner optimal noise reduction in the relevant area (ie in the ears of the occupant) without continuously tracking the output unit is necessary. Next, the non-contact position detection unit for various applications such. B. for sound optimization of a music playback system or for optimal setting of vehicle components (eg., Mirror or head-up display) can be used.
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