DE102013219636A1

DE102013219636A1 - Vorrichtung und verfahren zur überlagerung eines schallsignals

Info

Publication number: DE102013219636A1
Application number: DE201310219636
Authority: DE
Inventors: Dirk Oetting; Jens Appell; Thomas Sporer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-02
Also published as: WO2015044000A1

Abstract

Eine Vorrichtung (10), umfassend, einen Nutzsignalerfasser (12) und einen Schallwiedergeber (14). Der Nutzsignalerfasser (12) ist ausgebildet, um aus einem Schallsignal (16) in einer Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein Nutzsignal (20a) zu extrahieren und von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen. Der Schallwiedergeber (14), ist ausgebildet, das Nutzsignal (20b) gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal (16) zu überlagern.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Überlagerung eines Schallsignals mit einem Nutzsignal. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Überlagern eines Schallsignals mit einem Nutzsignal.
In einer Umgebung mit Störgeräuschen ist Sprache schwieriger zu verstehen. Häufig liegt ein Sprachpegel unterhalb eines Lärmpegels, und um einer Unterhaltung folgen zu können, muss man sich stark auf das Gespräch konzentrieren. Schwerhörende (mit und ohne Hörgerät) haben größere Schwierigkeiten als Normalhörende in einer solchen Umgebung dem Gespräch zu folgen, da sie ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis benötigen, um den gleichen Anteil der Sprache verstehen zu können. Selbst bei geringen Hörverlusten, bei dem häufig noch kein Hörgerät getragen wird, werden Situationen mit Hintergrundlärm als sehr schwierig bewertet. Um die Situation zu verbessern, sollte der Person ein zusätzlicher Nutzschall angeboten werden, welcher das Signal-Rausch-Verhältnis zwischen Sprachpegel und Lärmpegel verbessert und so die Sprache wieder besser verständlich macht. Insbesondere ist dies für folgende Anwendungsbereiche sinnvoll:

• in lauten Umgebungen (z. B. Kneipenbesuch)
• Gespräche im Störgeräusch (z. B. Baustellenlärm)
• Gespräche mit vielen Teilnehmern (z. B. Team Besprechungsrunde, Familienfeiern)

Hörgeräte versuchen durch den Einsatz von Richtmikrofonen den Sprecher hervorzuheben, in dem sie die Nebengeräusche dämpfen. Durch die geringe Anzahl der Mikrophone (2–3) am Hörgerät und den geringen Abstand (2–3 cm) ist diese Richtwirkung häufig jedoch nicht ausreichend. Auch muss gewährleistet sein, dass die aktuelle Sprecherposition korrekt geschätzt wird, damit das Richtmikrofon effektiv arbeiten kann. Bei mehreren Gesprächspartnern in Umgebungen mit Hintergrundlärm kann die Sprecherposition oft nur sehr ungenau geschätzt werden. Der Schall des Hörgeräts wird durch einen Lautsprecher direkt am bzw. im Ohr des Benutzers wiedergegeben. Da das Umgebungssignal oft aber bereits laut ist, führt eine weitere Verstärkung häufig nicht zu einer Steigerung der Sprachverständlichkeit. Eine Dämpfung des Umgebungssignals ist bei einer offenen Versorgung nicht möglich.
Bei dem Einsatz eines normalen Lautsprechers, ist das verstärkte Signal für den Sprechenden und die anderen Gesprächsteilnehmer zusätzlich zu hören, was zu Irritationen führen kann, da man dann seine eigene Stimme beim Sprechen wahrnimmt.
Der Einsatz eines Kopfhörers, um dem Gespräch zu folgen, wirkt für die anderen Gesprächsteilnehmer ungewohnt und bietet meist nur einen zeitlich begrenzten Tragekomfort für den Benutzer.
Von SVOX ist ein In-Car Communication System im Auto bekannt, dass mit ähnlichen Ansätzen eine deutliche Verbesserung der Sprachverständlichkeit ermöglichen. Dabei wird für alle Mitfahrer vorne und hinten dieselbe Sprachanhebung angewendet. Das ansteuern eines einzelnen Sitzplatzes ist nicht möglich.
Ein weiteres Produkt ist das Dynamic Sound Field System von Phonak. Dieses System kann in Klassenräumen eingesetzt werden, um die Stimme der Lehrerin zu verstärken, und so die Sprachverständlichkeit für die Schüler zu erhöhen.
Ferner ist ein System bekannt, welches ein Mobiltelefon mit einem externen Richtmikrofon und Ohrhörern benutzt, um in schwierigen Kommunikationssituationen einen zusätzlich Nutzschall zum Direktschall und damit eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnis zwischen Sprachpegel und Lärmpegel zu erlangen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, dass eine Erhöhung eines Signal-Rausch-Verhältnisses zwischen Schallpegel eines Nutzsignals und Schallpegel eines Störsignals ermöglicht, und dabei das Tragen von Hörhilfen für den Benutzer überflüssig macht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 22 und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 23.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung, die einen Nutzsignalerfasser und einen Schallwiedergeber aufweist. Der Nutzsignalerfasser ist ausgebildet, um aus einem Schallsignal aus einer Umgebung der Vorrichtung ein Nutzsignal zu extrahieren und von einem Störsignal in dem Schallsignal zu trennen. Der Schallwiedergeber ist ausgebildet, das Nutzsignal gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal zu überlagern.
Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:

– Extrahieren des Nutzsignals aus einem Schallsignal aus einer Umgebung.
– Trennen des Nutzsignals von einem Störsignal in dem Schallsignal.
– Gerichtete Wiedergabe des Nutzsignals. Und:
– Überlagerung des Schallsignals durch das Nutzsignal.

Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft.
Die vorliegende Erfindung nutzt den Effekt, dass bei einer Mehrzahl von Schallquellen mit technischen Mitteln eine einzelne Schallquelle extrahiert werden kann und diese von den weiteren Schallquellen, welche ein Störsignal darstellen, getrennt werden kann.
Dabei kann eine Schallquelle des Nutzsignals in einer bestimmten Richtung gegenüber der Vorrichtung positioniert sein, wobei eine akustische Ausrichtung des Nutzsignalerfassers auf diese Schallquelle erfolgen kann.
Der Schallwiedergeber kann das Nutzsignal in einem begrenzten Bereich gerichtet wieder geben. Dadurch wird das Nutzsignal nur an eine Person abgegeben, welche sich in diesem Bereich befindet. Für die Person in dem Bereich entsteht ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis zwischen Nutzsignal und dem Störsignal, ohne dass sie ein den Schall oder das Nutzsignal wiedergebendes Hilfsmittel, wie zum Beispiels ein Hörgerät oder Kopfhörer, tragen müsste.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Nutzsignalerfasser und einem Schallwiedergeber;
2 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit einem Schallerfasser, einem Signalverarbeiter und dem Schallwiedergeber;
3 eine schematische Darstellung einer Kommunikationssituation zur Verwendung der Vorrichtung 10;
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit einem Gehäuse.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 mit einem Nutzsignalerfasser 12 und einem Schallwiedergeber 14. Der Nutzsignalerfasser 12 ist ausgebildet um aus einem Schallsignal 16 in einer Umgebung 18 der Vorrichtung 10 ein Nutzsignal 20 zu extrahieren und das extrahierte Nutzsignal 20a von einem Störsignal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallwiedergeber 14 ist ausgebildet, das Nutzsignal 20 gerichtet als gerichtetes Nutzsignal 20b wiederzugeben und dem Schallsignal 16 zu überlagern.
Der Nutzsignalerfasser 12 umfasst bspw. ein Mikrophon, mit welchem das Schallsignal 16 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Mikrophon um ein Richtmikrophon handeln, welches durch eine geeignete Geometrie die Richtwirkung des Mikrophons erhöht, d. h. das Schallsignal 16 wird bevorzugt aus einer bestimmten Raumrichtung erfasst, während das Mikrophon für andere Raumrichtungen weniger empfindlich ist. Eine erhöhte Richtwirkung kann die Genauigkeit der Richtungsschätzung bezüglich einer Schallquelle 24 erhöhen.
Ferner kann die Vorrichtung 10 eine Anzahl von tragbaren Mikrophonen aufweisen, welche beispielsweise in der Nähe einer Schallquelle 24 aufgestellt oder von den Personen bspw. an einem Kleidungsstück angesteckt oder bspw. in der Hand, um den Hals oder den Kopf, getragen werden. Die Vorrichtung 10 kann so eingestellt sein, dass sie den durch eine erste Teilmenge von einem oder mehreren der tragbaren Mikrophone aufgezeichneten Schall als vornehmlich Nutzsignal 20 beinhaltend interpretiert, während sie eine zweite, zu der ersten disjunkten Menge von einem oder mehreren der Mikrophone als Störsignal 22 einstuft.
Der Nutzsignalerfasser 12 kann auch ein Mikrophonarray aufweisen. Ein Mikrophonarray besteht aus mehreren Mikrophonen in einer bestimmten relativen Lage zueinander. Bei einem Mikrophonarray können Laufzeitunterschiede des Eintreffens von Schall 26 an den jeweiligen Mikrophonen verwertet werden, um eine Richtungsselektivität zu erhalten. Durch Auswertung der Laufzeitunterschiede kann eine Schallquelle 24 lokalisiert werden, oder die aufgezeichneten Schallsignale 16 der einzelnen Mikrophone können geeignet zu einem erfassten Schallsignal 16a kombiniert werden, zu dem Schall 26 aus einer bestimmten Richtung der Vorrichtungsumgebung 18 mehr beiträgt als Schall 26 aus anderen Richtungen. Anstelle einer Richtungsselektivität für Schall 26 aus einem Fernfeld des Arrays könnte auch eine Raumselektivität für Schall 26 aus einem Bestimmten zweidimensional begrenzten Bereich der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 in einem Nahfeld des Arrays erzielt werden.
Das Nutzsignal 20 ist beispielsweise ein Signal, welches die Informationen umfasst, welche an einen Benutzer 36 ausgegeben werden sollen. Zwischen dem Nutzsignalerfasser 12 und dem Schallwiedergeber wird das Nutzsignal 20 als extrahiertes Nutzsignal 20a bezeichnet und kann ein elektrisches Signal sein. Nach der Ausgabe am Schallwiedergeber 14 wird das Nutzsignal 20 als gerichtetes Nutzsignal 20b bezeichnet und kann ein akustisches Signal sein, welches als Druckunterschied in einem elastischen Medium wie bspw. Luft übertragen wird. Der Informationsgehalt des Nutzsignals 20 ist für das extrahierte Nutzsignal 20a und das gerichtete Nutzsignal 20b größtenteils identisch.
Das Schallsignal 16 setzt sich aus dem Nutzsignal 20 und aus dem Störsignal 22 zusammen. Wie bereits erwähnt können das Nutzsignal 20 und das Störsignal 22 bereits bei der Erfassung des Schallsignals 16 getrennt werden, wie z. B. durch ein Richtmikrophon oder durch ein Array von Mikrophonen mit geeigneter, richtungsselektiv wirkender Kombination der Mikrophonsignale. Weiter Möglichkeiten zum Trennen des Nutzsignals 20 von dem Störsignal 22 werden später Bezug nehmend auf 2 erläutert.
Die Umgebung 18 der Vorrichtung 10 umfasst den Raum, welcher die Vorrichtung 10 umgibt. Dabei kann die Umgebung 18 begrenzt sein durch den Teil des umgebenden Raums, welcher einen sinnvollen Empfang eines Schallsignal 16 ermöglicht. Die Umgebung 18 kann einen tatsächlichen Raum bezeichnen, oder einen virtuellen Raum, und die Umgebung 18 mag relativ zu der Vorrichtung 10 definiert sein und z. B. keine tatsächlichen Objekte in der Umgebung 18 berücksichtigen.
Der Schalwiedergeber 14 kann einen Lautsprecher mit einer gerichteten Schallwiedergabe Charakteristik umfassen. Die gerichtete Schallwiedergabe-Charakteristik, d. h. die fokussierende Wirkung des Lautsprechers, kann durch eine geeignete Geometrie des Lautsprechers bzw. der Vorrichtung 10 erreicht werden. Es kann ausreichend sein, einen einzigen Lautsprecher zu verwenden. Dabei kann es sinnvoll sein, tiefe Frequenzen aus dem Signal (Schallsignal 16) zu entfernen, da die Richtwirkung für hohe Frequenzen stärker ausgeprägt ist. Es ist auch möglich das gerichtete Nutzsignal 20a durch einen Ultraschalllautsprecher oder ein Lautsprecherarray wiederzugeben. Die Verwendung eines Lautsprecherarrays, an deren Lautsprecher das extrahierte, dem Schallsignal zu überlagernde Nutzsignal per Beamforming bzw. Strahlformungsverarbeitung Lautsprecherindividuell verarbeitet ausgegeben wird, ist ebenfalls möglich.
Bei der Schalwiedergabe mittels Ultraschalllautsprecher wird aus mehreren Ultraschallstrahlern ein Lautsprecher aufgebaut. Mittels solcher Ultraschallstrahler kann Audioschall in einem Frequenzbereich abgestrahlt werden, in dem der Audioschall selbst nicht mehr vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden kann. Durch nichtlineare Effekte in der Luft wird bei hohem Schalldruck und Überlagerung zweier Ultraschallwellen ein hörbarer Schall erzeugt. Die im Vergleich zu üblichen Audiosignalen hohe Frequenz des Ultraschalls bewirkt, dass die Abstrahlung des Schalls wegen seiner kleinen Wellenlänge und der im Vergleich dazu großen Wandlerabmessungen des Ultraschallstrahlers stark räumlich gerichtet erfolgt. Die Frequenzabhängigkeit der Richtcharakteristik herkömmlicher Lautsprecher-Kugelstrahler bei tiefen Frequenzen, Richtstrahler bei hohen Frequenzentritt bei einem Ultraschall- Lautsprecher kaum auf. Die Ultraschalllautsprecher haben für die Anwendung einen passenden Frequenzgang (ca. 0,8–8kHz). Die Größe der Lautsprecher muss so dimensioniert werden, dass der nötige Schalldruckpegel auch erreicht werden kann.
Bei einem Lautsprecherarray ist in der vertikalen Ebene das Abstrahlverhalten isophasisch, d. h. dass alle zu übertragenden Frequenzen gleichphasig in nur eine Richtung gelenkt werden. Werden mehrere Schallelemente übereinander gruppiert, so ergibt sich in der Vertikalen eine kohärente Wellenfront, die nahezu keine Interferenzen aufweist, da jeder Punkt im Raum von nur einem Lautsprecher pro (Stereo-)Seite beschallt wird.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Umgebung der Vorrichtung 10 in zwei Bereiche aufgeteilt sein. Der Nutzsignalerfasser 12 kann dabei so ausgebildet sein, dass Anteile des Schallsignals 16 aus einem ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 mehr zu dem Nutzsignal 20 beitragen als Anteile des Schallsignals 16 aus einem zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10. Wie bereits erwähnt wird dies beispielsweise durch ein Richtmikrophon oder durch ein Array von Mikrophonen mit geeigneter, richtungsselktiv wirkender Kombination der Mikrophonsignale realisiert. Es kann allerdings auch sein, dass die Erfassung richtungs- bzw. rauminselektiv ist und die Aufteilung der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 virtuell ist, d. h. eine Art Vorgabe darstellt, nach welcher festgelegt werden kann, wo eine zum Schallsignal 16 beitragende Schallquelle 24 sitzen muss, damit dessen Schallausgabe dem Nutzsignal 20 zugerechnet werden kann.
Um dies zu veranschaulichen sei auf 2 Bezug genommen. 2 zeig die Vorrichtung 10 exemplarisch mehrere zum Schallsignal 16 beitragende Schallquellen 24 ₀ bis 24 _n, welche sich in der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden, wobei n eine natürliche Zahl grösser gleich null ist, n ≥ 0. Die Schallquellen 24 ₀ bis 24 _n können je einen Schall 26 aussenden oder nicht aussenden. Die Schallquellen 24 ₀ bis 24 _n können unterschiedlich ausgebildet sein. So kann bspw. die Schallquelle 24 ₀ bis 24 _n eine in der Umgebung der Vorrichtung 10 sprechende bzw. singende Person sein, d. h. eine Person, die einen aktiven akustischen Beitrag beiträgt. 2 könnte beispielsweise eine typische Kommunikationssituation darstellen mit mehreren Teilnehmern 24. Jede der Schallquelle 24 ₀ bis 24n könnte auch ein Lautsprecher sein, welcher Schall 26 wiedergibt, der an einem entfernten Ort und/oder zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommen und gespeichert wurde. Die Schallquellen 24 können den Schall 26 gerichtet oder ungerichtet abgeben. Mindestens ein Teil des Schalls 26 kann von dem Nutzsignalerfasser 12 als Schallsignal 16 erfasst werden.
Was das „Nutzsignal 20” darstellt, kann nun unterschiedlich definiert sein. Beispielsweise kann wie bereits erwähnt, die Umgebung 18 in Bereich 28 und 30 durch spezielle Wahl der Kombination der Mikrophonsignale eines Mikrophonarrays des Nutzsignalerfasser 12 bestimmt sein oder durch die Richtcharakteristik des Mikrophons desselben. Die beiden Bereiche 28 und 30 können aber auch virtuell bestimmt bzw. vorgegeben sein, und das Nutzsignal 20 wird von dem Nutzsignalerfasser 12 aus einem zunächst ungerichtet erfassten Schallsignal 16 erkannt, indem aus dem Schallsignal 16 zunächst diejenige Schallquelle 24 bestimmt wird, die zum aktuellen Zeitpunkt zum Schallsignal 16 beiträgt. Beispielsweise ist der Nutzsignalerfasser 12 so eingestellt, dass jeder Schallquelle 24 ein tragbares Mikrophon zugeordnet ist und jede Schallquelle 24 wiederum entweder dem Bereich 28 oder Bereich 30, quasi gleichsam einer vorgegebenen Sitzordnung bei einer Kommunikation. Alternativ kann durch den Nutzsignalerfasser 12 aus dem Schallsignal 16 nach jeder Stillephase bzw. Sprachpause die Richtung des wieder einsetzenden Schalls 26, z. B. des dann sprechenden Sprechers 24, bestimmt und dieser einsetzende Schall 26 in dem Schallsignal 16 durch den Nutzsignalerfasser 12 einem der Schallquellen 24 und damit über die vorgegebene Zuordnung der Schallquellen 24 zu den Bereichen 28 und 30 zugeordnet werden, wodurch der Nutzsignalerfasser 12 ebenfalls eine Extraktion des Nutzsignals 20 aus dem Schallsignal 16 erzielen kann.
Im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden sich also definitionsgemäß Schallquellen 24, deren Schall 26 als Nutzsignal 20 ausgegeben werden soll. Bspw. sind dies aktive Teilnehmer einer Kommunikationssituation. Ein akustischer Beitrag einer Person, welche sich im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, kann als Nutzsignal 20 wiedergegeben werden. Ein akustischer Beitrag einer Person, welche sich im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, wird vorzugsweise nicht als Nutzsignal 20 ausgegeben. Im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann sich beispielsweise der Benutzer 36 der Vorrichtung 10 selbst befinden, der durch die Verstärkung seines eigenen Gesagten nur gestört würde. Der Benutzer 36 der Vorrichtung 10 ist eine Person, welche das dem Schallsignal 16 überlagerte Nutzsignal 20 nutzen kann, um den akustischen Beitrag besser zu verstehen.
In Ausführungsbeispielen kann der Schallwiedergeber 14 ausgebildet sein, das Nutzsignal 20 in einer Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben, und der Schallwiedergeber 14 kann ausgebildet sein, um das Nutzsignal 20 gerichtet in die Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben. Die Vorrichtung 10 kann so ausgebildet sein, dass die Vorzugswiedergaberichtung 38 benutzer-verstellbar ist. Durch die Vorzugswiedergaberichtung 38 wird das Nutzsignal 20 in einer vorgegebenen Richtung wiedergegeben. Der Schallwiedergeber 14 kann ein oder mehrere vorhergehend beschriebene Lautsprecher umfassen. Das Nutzsignal 20 kann bspw. durch einen Lautsprecher, welcher eine gerichtete Schallwiedergabecharakteristik aufweist wiedergegen werden bzw. es werden nur Lautsprecher aktiviert, welche in den Vorzugswiedergabebereich 38 weisen. So kann bspw. ein Benutzer 36 der Vorrichtung 10 die Vorzugswiedergaberichtung 38 auf sich ausrichten, um das Nutzsignal 20 dem Schallsignal 16 überlagert zu hören. Sind mehrere Lautsprecher verbaut oder verwendet man einen einstellbaren Lautsprecher, kann auch mehr als eine Person mit zusätzlicher Schallenergie (Nutzsignal 20) versorgt werden. Somit kann an mehrere Benutzer 36, welche sich in der Vorzugswiedergaberichtung 38 befinden, ein gerichtetes Nutzsignal 20 wiedergeben werden.
Die Vorzugswiedergaberichtung kann in den zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 weisen. Der erste Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und der zweite Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 können disjunkte Raumwinkelbereiche sein, d. h. die beiden Bereiche 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 sind getrennt voneinander und überlagern sich nicht. Der zweite Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann dabei angeordnet sein, wohin die Vorzugswiedergaberichtung 38 weist, und der erste Bereich 30 kann jenseits der Vorzugswiedergaberichtung 38 angeordnet sein.
Dies hat zur Folge, dass ein akustischer Beitrag, welcher der Benutzer 36 beiträgt, der sich im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, nicht an den Benutzer 36 ausgegeben wird. Dadurch wird verhindert, dass der Benutzer 36 durch das hören seiner eigenen Stimme irritiert wird.
Die Vorrichtung 10 kann in Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Vorzugswiedergaberichtungen 38 aufweisen. Dies ist durch die drei Pfeile in der 2 angedeutet. Der Nutzsignalerfasser 12 kann dabei ausgebildet sein, um für jede Vorzugswiedergaberichtung 38 aus dem Schallsignal 16 aus der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 ein jeweiliges Nutzsignal 20 zu extrahieren und von einem jeweiligen Störsignal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallwiedergeber 14 kann dabei ausgebildet sein, um für jede Vorzugswiedergaberichtung 38 das jeweilige extrahierte Nutzsignal 20 gerichtet in die jeweilige Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben. Die Vorrichtung 10 kann dadurch von mehreren Benutzer 36 quasi gleichzeitig genutzt werden. Wobei bspw. allen Benutzer 36 alle akustischen Beiträge, außer ihren eigenen, hören. In einer einfachen Anwendung bedeutet dies, dass bei zwei Benutzern 36 jeder von der Vorrichtung 10 den akustischer Beitrag des anderen Benutzers 36, als Nutzsignal 20 von der Vorrichtung 10 gerichtet wiedergegeben erhält, während sein eigener akustischer Beitrag an den anderen Benutzer 36, nicht aber an ihn von dem Schallwiedergeber 14 der Vorrichtung 10, gerichtet ausgegeben wird. Somit genügt es eine Vorrichtung 10 am Tisch zu haben, um mehrere Benutzer 36 versorgen zu können. Die Vorrichtung 10 kann z. B. auch in einen Konferenztisch integriert sein.
In Ausführungsbeispielen kann der Nutzsignalerfasser 12 folgende Merkmale aufweisen: einen Schallerfasser 32, der konfiguriert ist, um das Schallsignal 16 in der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 zu erfassen, und einen Signalverarbeiter 34, der ausgebildet ist, um aus dem erfassten Schallsignal 16a das Nutzsignal 20 zu extrahieren und von dem Störsignal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallerfasser 32 kann bspw. wie vorhergehend beim Nutzsignalerfasser 12 beschrieben ein Mikrophonarray oder eine Mehrzahl von tragbaren Mikrophonen umfassen. Weitere Ausführungsformen wie bspw. Richtmikrophone, Tischmikrophone oder tragbare Mikrophone sind sowohl für den Nutzsignalerfasser 12 wie auch für den Schallerfasser 32 einsetzbar.
Das Schallsignal 16 ist ein akustisches Signal welches durch kleine Druckunterschiede in einem elastischen Medium wie bspw. Luft überfragen wird. Das erfasste Schallsignal 16a kann ein elektrisches Signal sein. Der Informationsgehalt des Schallsignals 16 und des erfassten Schallsignals 16a ist größtenteils identisch.
Der Signalverarbeiter 34 kann bspw. durch ein analoges oder digitales Filter das Nutzsignal 20 von dem Störsignal 22 trennen. Bspw. kann das Filter eine Hoch- Tief- oder Bandpassfilter sein, welches mit einem Operationsverstärker und einer Kapazität bzw. Induktivität aufgebaut ist. Der Signalverarbeiter 34 kann auch einen Computer oder einen Prozessor aufweisen auf welchem ein Programmcode eine Trennung des Nutzsignales 20 von dem Störsignal 22 durchführt. Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, bestimmte Frequenzen oder bestimmte Frequenzmuster des Schallsignals 16 zu erkennen und dem Nutzsignal 20 oder dem Störsignal 22 zuordnen. Der Signalverarbeiter 34 kann ferner ausgebildet sein, besondere Möglichkeiten zur Individualisierung des Klangs zu ermöglichen. Dabei kann die Vorrichtung 10 (Gerät) durch ein geeignetes Anpassverfahren z. B. auf den individuellen Hörverlust des Benutzers 36 eingestellt werden, um das Nutzsignal 10 auf die Sprachverständlichkeit für den Benutzer 36 zu optimieren.
Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, um eine Ortsinformation einer zum Schallsignal 16 beitragenden Schallquelle 24 zu bestimmen und die Ortsinformation zur Extraktion des Nutzsignales 20 aus dem Schallsignal 16 und zur Trennung, von dem Störsignal 22 zu verwenden. Die Ortsinformation kann der Signalverarbeiter 34 bspw. durch unterschiedliche Signalpegel und/oder Signallaufzeiten bei der Verwendung mehrere Mikrophone erhalten. Insbesondere durch die Verwendung von Richtmikrophonen oder eines Mikrophonarrays kann eine Ortsinformation für eine Schallquelle 24 bestimmt werden.
Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, basierend auf der Ortsinformation zu bestimmen, ob eine zu dem Schallsignal 16 beitragende Schallquelle 24 in dem ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 oder in dem zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 liegt. Wenn die Schallquelle 24 in dem ersten Bereich 28 liegt, kann der Schall 26 der Schallquelle 24 dem Nutzsignal 20 hinzufügt werden und wenn die Schallquelle 24 in dem zweiten Bereich 30 liegt, kann Schall 26 der Schallquelle 24 dem Nutzsignal 20 nicht hinzugefügt werden. Durch Zuordnung der Schallquellen 24 in den erste oder zweite Bereiche 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann bspw. bestimmt werden, ob es sich bei dem Schall 26 um ein Nutzsignal 20 oder ein Störsignal 22 handelt. Dabei kann unteranderem verhindert werden, dass der Benutzer 36 sich selbst sprechen hört und dadurch irritiert wird.
In Ausführungsbeispielen kann der Signalverarbeiter 34 ausgebildet sein, um Merkmale der Stimmen von Personen zu erkennen. Dabei kann bspw. mit einem Computerprogramm eine Stimme analysiert und einer Person zugeordnet werden. Ein Algorithmus zur Merkmalsextraktion kann bspw. Merkmale der Stimme des Benutzers 36 erkennen, um diesen besser von anderen Gesprächsteilnehmern unterschieden zu können. Durch die Zuordnung der Stimme zu einer Person kann diese Person dem ersten oder zweiten Bereich 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 zugeordnet werden. Somit kann die Vorrichtung 10 präziser aus einem erfassten Schallsignal 16a das Nutzsignal 20a extrahieren, da bekannt ist welche Schallquelle 24 welchen Schall 26 zum erfassten Schallsignal 16 beiträgt.
Der Sigalverarbeiter 34 kann auch ausgebildet sein, um zumindest einen Frequenzbereich aus dem Nutzsignal zu verstärken oder zu dämpfen. Das erfasste Schallsignal 16a setzt sich aus mehrere Frequenzen zusammen. Dabei können einzelne Frequenzbereiche als Nutzsignal 20 oder als Störsignal 22 eingestuft werden. Wenn der Frequenzbereich als Nutzsignal 20 eingestuft wird, wird er von dem Signalverarbeiter 34 verstärkt. Falls ein Frequenzbereich als Störsignal 22 eingestuft wird, wird er gedämpft.
Die Vorrichtung 10 kann in Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um eine psychoakustische Lokalisationsfähigkeit für das Schallsignal 16 zu bewahren. Die psychoakustisch Lokalisationsfähigkeit beschreibt die Möglichkeit, festzustellen aus welcher Richtung ein Schall 26 kommt beziehungsweise wo eine Schallquelle 24 liegt. Dafür verantwortlich ist das Gesetz der ersten Wellenfront, welches besagt dass zwei ähnliche Signale, die aus unterschiedlichen Richtungen kommen (z. B. Direktschall und Nutzsignal 20), werden aus der Einfallsrichtung lokalisiert, aus der die erste Wellenfront eintrifft. Die Verzögerung des zweiten Signals (Nutzsignals 20) darf allerdings eine gewisse Schwelle (Echoschwelle, ca. 50 ms) nicht überschreiten, da der Benutzer in einem solchen Fall zwei einzelne Signale (z. B. Direktschall und Echo) wahrnimmt. Somit sollte die Vorrichtung ausgebildet sein, dass Nutzsignal 20 an dem Schallwiedergeber 14 mit einer Verzögerung gegenüber dem Schallsignals 16, die kleiner ist als 50 ms widerzugeben.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein, das Nutzsignal 20 mit einem Pegel auszugeben, der von einem Pegel des Störsignals 22 abhängt. Ein akustisches Signal ist durch die Frequenz und einen Signalpegel charakterisiert. Der Signalpegel eines akustischen Signals wird in der Akustik auch als Lautstärke bezeichnet. Für den Benutzer 36 ist es vorteilhaft, wenn das gerichtete Nutzsignal 20a zu jedem Zeitpunkt einen höheren Pegel aufweist als das Störsignal 22. Insbesondere bei wechselndem Signalpegel des Störsignals 22 oder des Nutzsignals 20 ist es vorteilhaft für den Benutzer 36 wenn der Pegel des gerichteten Nutzsignals 20a abhängig vom Pegel des Störsignals 22 oder des Nutzsignals 20 ausgegeben wird. So kann bspw. bei einer Erhöhung des Pegels des Störsignals 22 auch der Pegel des gerichteten Nutzsignals 20a erhöht und bei einer Reduktion des Pegels des Störsignals 22 der Pegel des gerichteten Nutzsignals 20a reduziert werden.
In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein, um einen ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und einen zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und/oder eine Vorzugswiedergaberichtung 38 anzuzeigen. Die Anzeige kann beispielsweise durch einen Aufdruck auf ein Gehäuse der Vorrichtung 10 erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein um anzuzeigen, aus welcher Richtung ein Nutzsignal 20 oder ein Störsignal 22 erfasst wird oder wo die Vorzugswiedergaberichtung 38 liegt.
Vorhergehend genannte Signale 20, 22 Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 können auch bspw. durch Licht vorzugsweise mit LED's Angezeigt werden. So kann die Vorrichtung 10 bspw. durch unterschiedliche Farben des Lichts anzeigen wo sich der ersten und der zweite Bereich 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden. Dabei kann bspw. der erst Bereich 28 durch eine grüne LED oder ein LED-Band angezeigt werden und der zweite Bereich 30 durch eine oder mehrere rote LED's. Die Anzeige kann auch mechanisch erfolgen bspw. in dem durch Zeiger bestimmte Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 gegenüber der Vorrichtung 10 angezeigt oder abgegrenzt werden. Ferner kann ein Display die vorhergehend genannten Signale 20, 22 Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 anzeigen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kommunikationssituation zur Verwendung der Vorrichtung 10. Die beispielhafte Situation, zeigt wie ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 die Kommunikationssituationen verbessern kann. Es sitzen oder stehen sechs Personen (Sprecher), welche mögliche Schallquellen 24 darstellen, um einen Tisch 40. Die Vorrichtung 10 steht bspw. als tragbares Gerät in der Tischmitte. Der Benutzer 36 hat die Vorrichtung 10 so eingestellt, dass das Nutzsignal 20b als zusätzliche Schall auf seinen Sitzplatz fokussiert wird. Das gerichtetes Nutzsignal 20b erreicht als zusätzlich präsentierten Schall 26 nur den Benutzer 36.
Über mehrere Schallerfasser 32 (in 3 sind sechs Mikrofone angedeutet) kann die Richtung des aktuellen Sprechers (der Schallquelle 24) geschätzt werden (Pfeil). Liegt die Richtung außerhalb des zweiten Bereichs 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 (also außerhalb des Schallbereichs des Benutzers 36), wird der Schall 26 verstärkt, da davon ausgegangen werden kann, dass jemand anderes am Tisch spricht. Liegt die Richtungsschätzung im ersten Bereichs 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10, also in einem Schallbereich des Benutzers 36, wird der Schall 26 nicht verstärkt, da davon ausgegangen werden kann, dass der Benutzer 36 selbst spricht und durch die Wahrnehmung seiner eigenen Stimme irritiert werden würde. Der verstärkte Schall 26 ist durch die gerichtete Schallwiedergabe (Fokussierung) nur für den Benutzer 36 wahrnehmbar, die anderen Personen (Gesprächsteilnehmer) nehmen das gerichtete Nutzsignal 20b (den Schall) nicht wahr und werden dadurch nicht gestört. Die gewünschte zusätzliche Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b (Schallsignals) kann durch den Benutzer 36 eingestellt werden. Dabei kann die Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b so angepasst werde, dass es konstant oberhalb des Störsignals 22 (Hintergrundgeräusche) liegt und damit gut wahrnehmbar ist. Leise Stimmen werden dadurch mehr verstärkt als laute Stimmen.
Trotz der zusätzlichen Schallpräsentation durch das gerichtete Nutzsignal 20b, kann der Benutzer 36 den Sprecher (Schallquelle 24) lokalisieren, ohne dass der zusätzlichen Schall des gerichtete Nutzsignal 20b störend wirkt. Dabei wird ausgenutzt, dass der Mensch zur Lokalisation von Schallquellen 24 die erste Wellenfront ausnutzt (Haas-Effekt, Präzedenz-Effekt) und zusätzliche Schallenergie aus einer anderen Richtung hinzugeführt werden kann, ohne die Richtungswahrnehmung zu beeinflussen.
Zur Realisierung von Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10, kann ein Algorithmus notwendig sein, der die Situation entsprechend analysiert und das Nutzsignal 20 (die Signale), aufbereitet. Der Algorithmus umfasst:

1. Schätzung der Richtung der Schallquelle 24 (des Sprechers) mit Hilfe der Schallerfasser 32 (Mikrofonsignale), dies kann als Lokalisation bezeichnet werfen.
2. a) Liegt die Richtung der Schallquelle 24 also des aktuellen Sprechers im Schallbereich des Benutzers 36, d. h. dem zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10, wird keine weitere Verarbeitung und Wiedergabe des Nutzsignals 20 (Schallpräsentation) vorgenommen, da davon ausgegangen wird, dass der Benutzer 36 selbst spricht.
2. b) Liegt die geschätzte Position des aktuellen Sprechers (Schallquelle 24) außerhalb des Schallbereich des Benutzers 36 d. h. im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10, wird das aufgenommene Schallsignal 16 über den Lautsprecher des Schallwiedergebers 14 präsentiert, da davon ausgegangen wird, dass es sich um einen anderen Gesprächsteilnehmer handelt. Mit Hilfe der verschiedenen Mikrofonsignale des Schallerfassers 32 wird eine Störgeräuschreduktion durchgeführt, damit das präsentierte Signal (Nutzsignal 20) möglichst nur die gewünschten Sprachanteile enthält. Zusätzlich kann die Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b so angepasst werden, dass es auf dem gewünschten Pegel oberhalb des Störsignals 22 der Hintergrundgeräusche liegt, den der Benutzer 36 eingestellt hat.

Damit fügt eine solches Vorrichtung 10 sich nahtlos in eine Kommunikationssituation ein. Nur der Benutzer 36 hört die verstärkten Signale (das Nutzsignal 20) der anderen Gesprächsteilnehmer (Schallquellen 24) und diese werden in der Situation nicht durch die Vorrichtung 10 gestört. Der Benutzer 36 hört seine eigene Stimme nicht über die Vorrichtung, da seine Position erkannt wird und kein Signal (Schallsignal 16, Nutzsignal 20) verstärkt wird, wenn er selbst spricht.
Eine vorhergehend beschriebene Kommunikationssituation kann eine Mehrzahl von Personen umfassen, welche Teilnehmer der Kommunikationssituation sind. Die Teilnehmer der Kommunikationssituation können aktive Teilnehmer sein, welche selbst aktiv einen akustischen Beitrag zur Kommunikationssituation leisten und damit eine Schallquelle 24 darstellen oder die Teilnehmer können passive Teilnehmer der Kommunikationssituation sein, welche die akustischen Beiträge hören. Akustische Beiträge können beispielsweise Sprache oder Gesang sein. Die Teilnehmer können auch sowohl aktive als auch passive Teilnehmer sein d. h., die Teilnehmer leisten sowohl einen akustischen Beitrag und hören, zeitlich versetzt oder auch gleichzeitig, einen akustischen Beitrag eines weiteren Teilnehmers.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit einem Gehäuse. Die tragbare Vorrichtung 10 (Gerät), kann derart in die Mitte eines Tischs 40 gestellt werden, so dass das gerichtete Nutzsignal 20b (Schallstrahl) auf den Benutzer 36 ausgerichtet ist. Die Vorrichtung 10 (Gerät) nimmt über mehrere Mikrofone das Schallsignal 16 aller am Tisch 40 sitzenden Gesprächsteilnehmer (Schallquellen 24) auf und verstärkt die jeweilige Stimme als Nutzsignal 20 auf die vom Benutzer 36 gewählte Lautstärke. Die Mikrofone erfassen dabei den aktuellen Sprecher und die integrierten Algorithmen filtern das Störsignal 22 (Störgeräusche) der Umgebung 18 aus dem Schallsignal 16 (Signal) heraus. Die Lautstärke des Nutzsignals 20 (der zusätzlichen Schallenergie) kann sich adaptiv an die Umgebung 18 anpassen, so dass der Benutzer 26 stets eine konstante zusätzliche, aber keine zu laute Schallpräsentation der Gespräche am Tisch wahrnimmt.
In Ausführungsbeispielen erkennt ein Algorithmus zur Merkmalsextraktion Merkmale der Stimme des Benutzers 36, um diesen besser von anderen Gesprächsteilnehmern unterschieden zu können.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben den Vorteil, dass der Benutzer 36 kein Gerät direkt am Körper tragen muss, weder Hörgerät noch einen Kopfhörer oder ein Headset. Ferner werden durch das gerichtete Nutzsignal 20b (fokussierte Schallpräsentation) andere Teilnehmer (Gesprächsteilnehmer) nicht gestört.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben gegenüber einem Hörgerät den Vorteil, dass die Vorrichtung 10 nur eingesetzt wird, wenn man sie wirklich benötigt. Weiter kann die Vorrichtung 10 mit einem Regler einfach bedient werden. Es findet keine Stigmatisierung statt bei entsprechend ansprechendem Design. Jeder kann problemlos ausprobieren, wie sich die Vorrichtung 10 positiv auf die Kommunikationssituation auswirkt. Ferner bleibt das Richtungshören auf Grund des Gesetzes der ersten Wellenfronten erhalten. Das Zuhören ist angenehm ohne ein Gerät im Ohr zu tragen. Der große Abstand der Mikrofone und die bessere Positionierung der Vorrichtung (geringer Abstand zur Schallquelle 24) im Gesprächskreis liefert einen besseren Signalrauschabstand für das Nutzsignal 20 als das eigene Ohr empfängt. Die Vorrichtung 10 ist auch für den Einsatz vor dem Fernseher geeignet, in dem die Vorrichtung 10 (Gerät) bspw. auf den Wohnzimmertisch gestellt wird und entsprechend ausgerichtet wird. Das Richtmikrofon zeigt dann auf den Fernseher und/oder auf den Ehepartner. Die Vorrichtung 10 ist auch für Normalhörende in vielen Situation geeignet. Ein Vorteil der Vorrichtung 10 ist die Verbesserung des Sprachverstehens eines Benutzers 36 in akustisch schwierigen räumlichen Situationen auf komfortable Weise (kein Gerät im Ohr) verbunden mit dem wichtigen Effekt, dass die anderen Teilnehmer (Gesprächsteilnehmer) nicht gestört werden (gerichtetes Nutzsignal 20b, fokussierte Schallpräsentation), Dabei ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Hörgerät, dass man die Vorrichtung 10 (Gerät) einfach ausprobieren kann, da kein Ohrpassstück notwendig ist. Der Benutzer 36 stellt sich selbst den Anteil des gerichteten Nutzsignal 20b (zusätzlichen Signals) je nach Wunsch ein. Da der Direktschall ungehindert zum Ohr gelangt, bleibt die Fähigkeit zur Lokalisation des Sprechers (der Schallquelle 24) bestehen (Präzedenz-Effekt).
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben gegenüber dem Einsatz einfacher Mikrofone in der Nähe des Nutzsprechers (z. B. Tischmikrophon auf dem Tisch vor den Sprechern, Ansteckmikrofone am Kragen) den Vorteil, dass die Mikrophone zwar das Signal-Rausch-Verhältnis zu den anderen (störenden) Sprechern verbessern, jedoch hat man keine akustische Orientierung und kann nur an den Mundbewegungen und dem Klang der Stimme erkennen, welcher Sprecher gerade spricht. Diese zusätzliche Aufgabe erfordert eine sehr hohe Konzentration und sollte vermieden werden.
Eine Vorrichtung 10 (mobiles Gerät), dass die beschriebene Ausführungsbeispiele nutzt, kann in einer Handtasche transportiert werden und unterstützt Menschen mit einer Hörminderung bei der Kommunikation insbesondere mit vielen Teilnehmern. Mit dieser Technik können auch mehrere Vorrichtungen 10 (Geräte) an einem Tisch gleichzeitig verwendet werden. Zu Hause kann das Gerät z. B. auf eine Ladestation gesetzt und bspw. ein Akku aufgeladen werden.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 können zusätzlich eine Benutzerschnittstelle umfassen um bspw. die gewünschte zusätzliche Lautstärke an der Vorrichtung 10 (Gerät) einzustellen. Die Signalverarbeitung des Signalverarbeiters 34 passt sich adaptiv an die Umgebung (Störsignal 22) an, so dass der Benutzer 36 stets eine konstante zusätzliche, aber keine zu laute Schallpräsentation des Nutzsignals 20 wahrnimmt.
Der Schallwiedergeber 14 ist bei der Vorrichtung 10 nicht fest ausgerichtet, sondern kann im Raum individuell ausgerichtet werden. Die Vorrichtung 10 (System) ist auf einen oder mehrere Benutzer 36 ausgerichtet und versorgt nicht einen bestimmten Raum mit dem Nutzsignal 20.
Die Ausführungsbeispiele umfassen Vorrichtungen 10 (Geräte), die zusätzlich zum Direktschall ein aufbereitetes Signal (Nutzsignal 20) einem bestimmten Benutzer 36 präsentieren, ohne dabei andere Gesprächsteilnehmer zu stören. Die Schallpräsentation wird durch gerichtete Lautsprecher (Schallwiedergeber 14) erreicht, so dass kein Gerät direkt am oder im Ohr getragen werden muss (Hörgerät, Kopfhörer, etc.).
Die Verwendungsmöglichkeit der Ausführungsbeispiele ist für Situationen bestimmt bei denen die Sprache leise ist, oder sich nicht deutlich vom Hintergrundgeräusch abhebt. Beispiele sind Kneipenbesuche mit Freunden, großes Weihnachtsessen mit der gesamten Familie, großes Kaffeekränzchen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 10 aus einem Schalerfasser 32 (auch Signalaufnahmeeinheit genannt) einem Signalverarbeiter 34 (auch Signalverarbeitungseinheit genannt)) und einem Schallwiedergeber 14 (auch Signalwiedergabeeinheit genannt) und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zusätzlich zum vorhandenen Schall im Raum, der sowohl das Nutzsignal 20 (auch Nutzschall genannt) als auch das Störsignal 22 (auch Störschall genannt) beinhaltet, ein gerichtetes Nutzsignal 20b (auch aufbereitetes Signal genannt) welches über einen Schallwiedergeber 14 (auch fokussierenden Lautsprecher genannt) dargeboten wird, um die Hörbarkeit des Nutzsignals 20 bzw. in Kommunikationssituationen das Sprachsignal des relevanten Sprechers zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform werden für die Schallwiedergabe ein oder mehrere Ultraschallautsprecher verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Schallwiedergabe über ein Lautsprecherarray.
In einer Ausführungsform erfolgt die Schallwiedergabe verteilt über WFS (Lautsprecherarray fest installiert (z. B. Wand) oder auch als portables Array für z. B. den mobilen Einsatz).
In einer Ausführungsform wird durch die Verwendung mehrerer Mikrofone die Möglichkeit gegeben, eine Richtwirkung auf eine oder mehrere Positionen zu nutzen.
In einer Ausführungsform wird durch die Verwendung mehrerer Mikrofone und entsprechender Signalverarbeitungsalgorithmen der Schallerfasser 32 (Signalaufnahmeeinheit) automatisch auf den relevanten Gesprächspartner ausgerichtet (Richtmikrofon, Beamforming).
In einer weiteren Ausführungsform wird durch die Verwendung tragbarer Mikrofone für jeden Kommunikationsteilnehmer (Schallquelle 24) der Schallerfasser 32 (Signalaufnahmeeinheit) dichter am Mund positioniert. Die Mikrofone können schnurlos oder schnurgebunden mit der Vorrichtung 10 (Gerät) verbunden sein.
In einer Ausführungsform erkennt die Vorrichtung 10, wenn der Benutzer 36 selbst spricht und präsentiert in dieser Situation kein zusätzliches Nutzsignal 20 (Nutzschall).
In einer Ausführungsform erhält die Vorrichtung 10 durch geeignete Signalverarbeitung die psychoakustische Lokalisationsfähigkeit. Dabei bleibt der Präzedenzeffekt/Haas-Effekt erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform bietet die Vorrichtung 10 die Möglichkeit das Nutzsignal 20 auf einem konstanten Pegel oberhalb des Störsignals 22 (Umgebungsgeräusche) zu präsentieren.
In einer Ausführungsform bietet die Vorrichtung 10 die Möglichkeit nur einen eingeschränkten Frequenzbereich des Nutzsignals 20 zu präsentieren.
In einer Ausführungsform ermöglicht die Vorrichtung 10 besondere Möglichkeiten zur Individualisierung des Klangs. Dabei wird die Vorrichtung 10 (Gerät) durch ein geeignetes Anpassverfahren z. B. auf den individuellen Hörverlust eingestellt, um die Sprachverständlichkeit zu optimieren.
In einer Ausführungsform wird kein Mikrofon zur Schallerfassung (Signalaufnahme) verwendet, sondern das Audiosignal direkt (drahtlos oder drahtgebunden) zur Vorrichtung 10 übertragen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die zusätzlich notwendige Stärke der Unterstützung (Pegel des Nutzsignals 20) automatisch an die Umgebung 18 anpasst (-> Online Bestimmung der Sprachverständlichkeit und automatisierte Steuerung der Unterstützung).
Ferner kann in einer Ausführungsform kontinuierlich auf einem Display die Richtung des aktuell als Nutzsprecher erkannten Ort auf einem Display angezeigt werden.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 tragbar und kann durch eine integrierte Energieversorgung mobil betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung 10 erweitert auf mehr als einen Benutzer 36 (Person) (mehrfache Signalverarbeiter 34, gleicher Schallerfasser 32 (Mikrophon)/Schallwiedergeber 14 (Lautsprecher) und weitere Hardware).
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmier-baren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung (10) umfassend; einen Nutzsignalerfasser (12), der ausgebildet ist, um aus einem Schallsignal (16) in einer Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein Nutzsignal (20a) zu extrahieren und von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen, einem Schallwiedergeber (14), der ausgebildet ist, das Nutzsignal (20b) gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal (16) zu überlagern.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Nutzsignalerfasser (12) so ausgebildet ist, dass Anteile des Schallsignales (16) aus einem ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) mehr zu dem Nutzsignal (20) beitragen als Anteile des Schallsignals (16) aus einem zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10).
Die Vorrichtung nach einem Anspruch 2, wobei der erste Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und der zweite Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) disjunkte Raumwinkelbereiche sind.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, das Nutzsignal (20) in einer Vorzugswiedergaberichtung (38) wiederzugeben, und der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, um das Nutzsignal (20b) gerichtet in die Vorzugswiedergaberichtung (38) wiederzugeben.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (10) so ausgebildet ist, dass die Vorzugswiedergaberichtung (38) benutzer-verstellbar ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der zweite Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) angeordnet ist, wohin die Vorzugswiedergaberichtung (38) weist, und der erste Bereich (28) jenseits der Vorzugswiedergaberichtung (38) angeordnet ist.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (10) einer Mehrzahl von Vorzugswiedergaberichtungen (38) aufweist, und – der Nutzsignalerfasser (12) ausgebildet ist, um für jede Vorzugswiedergaberichtung (38) aus dem Schallsignal (16) aus der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein jeweiliges Nutzsignal (20) zu extrahieren und von einem jeweiligen Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen, und – der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, um für jede Vorzugswiedergaberichtung (38) das jeweilige extrahierte Nutzsignal (20a) gerichtet in die jeweilige Vorzugswiedergaberichtung (38) wiederzugeben.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Nutzsignalerfasser (12) eine Anzahl von tragbaren Mikrophonen aufweist.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Nutzsignalerfasser (12) ein Mikrophonarray aufweist.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schallwiedergeber (14) Ultraschalllautsprecher aufweist.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schallwiedergeber (14) ein Lautsprecherarray aufweist.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Nutzsignalerfasser (12) folgende Merkmale aufweist: einen Schallerfasser (32), der konfiguriert ist, um das Schallsignal (16) in der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) zu erfassen; einen Signalverarbeiter (34), der ausgebildet ist, um aus dem Schallsignal (16) das Nutzsignal (20) zu extrahieren und von dem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, um eine Ortsinformation einer zum Schallsignal 16 beitragenden Schallquelle (24) zu bestimmen und die Ortsinformation zur Extraktion des Nutzsignals (20a) aus dem Schallsignal (16) und zur Trennung, von dem Störsignal (22) zu verwenden.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, basierend auf der Ortsinformation zu bestimmen, ob die zu dem Schallsignal (16) beitragende Schallquelle (24) in dem ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) oder in dem zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) liegt und, – wenn die Schallquelle in dem ersten Bereich (28) liegt, Schall (26) der Schallquelle (24) dem Nutzsignal (20) hinzuzufügen, und – wenn die Schallquelle in dem zweiten Bereich (30) liegt, Schall (26) der Schallquelle (24) nicht dem Nutzsignal (20) hinzuzufügen.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, um Merkmale der Stimmen von Personen zu erkennen.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, jede Person dem ersten (28) oder zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) zuzuordnen.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, um zumindest einen Frequenzbereich aus dem Nutzsignal (20) zu verstärken oder zu dämpfen.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um eine psychoakustische Lokalisationsfähigkeit für das Schallsignal (16) zu bewahren.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Vorrichtung (10) so ausgebildet ist, dass das extrahierte Nutzsignal (20a) an dem Schallwiedergeber (14) mit einer Verzögerung gegenüber einer Erfassung des Schallsignals (16) durch den Nutzsignalerfasser (12) widergegeben wird, die kleiner ist als 50 ms.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um das Nutzsignal (20) mit einem Pegel auszugeben, der von einem Pegel des Störsignals (22) abhängt.
Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um einen ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und einen zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und/oder eine Vorzugswiedergaberichtung (38) anzuzeigen.
Verfahren, umfassend; Extrahieren des Nutzsignals (20a) aus einem Schallsignal (16) aus einer Umgebung (18), Trennen des Nutzsignals (20a) von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16), gerichtete Wiedergabe des Nutzsignals (20b), und Überlagerung des Schallsignals (16) durch das gerichtete Nutzsignal (20b).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 22, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft.