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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kommunikationsanlage in einem Kraftfahrzeug sowie eine Kommunikationsanlage für ein Kraftfahrzeug, mit der dieses Verfahren durchführbar ist.
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Verfahren zum Betrieb von Kommunikationsanlagen, insbesondere Telefonanlagen, in Kraftfahrzeugen sind bereits seit langem bekannt. In der Regel sind solche Kommunikationsanlagen mit einer Freisprechanlage ausgestattet und dabei oft mit weiteren Anlagen im Auto, beispielsweise Audioanlagen zur Ausgabe von Rundfunksendungen, Audioplayern, Mitteilungen von Fahrerassistenzeinrichtungen etc., in einem gemeinsamen Audiosystem gekoppelt, so dass dieselben Ausgabegeräte bzw. Lautsprecher verwendet werden können. Ein Problem besteht dann, wenn sich mehrere Personen im Fahrzeug aufhalten und der Wunsch eines oder mehrerer der Personen besteht, privat zu telefonieren, ohne dass die anderen Personen dies mithören können. Um zumindest etwas diskreter zu telefonieren, könnte die telefonierende Person einen Telefonhörer verwenden. In diesem Fall ist das eingehende Signal des Gesprächspartners für die anderen Personen im Fahrzeug nicht hörbar, jedoch kann das vom Telefonierenden im Fahrzeug gesprochene Wort verstanden werden. Eventuell kann von Mitfahrern auch das Gespräch und damit der ganze Inhalt aus den verstandenen Worten rekonstruiert werden. Ein größeres Problem besteht jedoch, wenn der Telefonierende der Fahrer ist. In diesem Fall ist er auf eine Freisprechanlage angewiesen, so dass auch die Signale des Gesprächspartners von den Mitfahrern gehört werden können.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, durch eine im Innenraum eingefügte Trennwand zwei mechanisch getrennte Hörzonen zu schaffen, z. B. eine im Frontbereich und eine im Fond. Eine solche Trennwand kann aber das Gefühl erzeugen, eingesperrt zu sein. Zudem ist dies mit einem relativ großen Aufwand und mit zusätzlichem Gewicht im Fahrzeug verbunden. Eine andere Möglichkeit, eine gewisse Diskretion beim Telefonieren zu bieten, besteht darin, akustisch zwei oder mehrere unterschiedliche Hörzonen zu schaffen und beispielsweise mit der sog. „Active Noise Control”-Technologie bestimmte Frequenzen bzw. Frequenzbereiche mit gegenphasigen Signalwellen in bestimmten Hörzonen zu dämpfen oder im Idealfall sogar auszulöschen. Dieses Prinzip funktioniert jedoch nur in tieffrequenten Frequenzbereichen und meist nicht für Frequenzen im Sprachbereich. Eine weitere Möglichkeit ist, die Sprachsignale durch ein Maskierungsschallsignal zu überlagern. Durch eine Überlagerung geeigneter Geräusche ist es prinzipiell möglich, das eigentliche Sprachsignal in bestimmten Hörzonen zumindest unverständlich zu machen. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der
DE 198 23 007 A1 beschrieben. Allerdings hat die Aussendung dieser Störschallsignale den Nachteil, dass sich Personen, die sich in den Hörzonen aufhalten, in denen das Signal ausgesendet wird, meist tatsächlich gestört fühlen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Kommunikationsanlage in einem Kraftfahrzeug sowie eine entsprechende Kommunikationsanlage anzugeben, bei der durch die Schaffung unterschiedlicher Hörzonen mit Hilfe eines Maskierungsschallsignals dafür gesorgt wird, dass Personen in einer der Hörzonen ein für eine andere Hörzone bestimmtes Sprachsignal zumindest soweit nicht verstehen können, dass sie den Inhalt erschließen können, gleichzeitig aber dafür gesorgt wird, dass das Maskierungsschallsignal von den beschallten Personen möglichst wenig als störend empfunden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie den Gegenstand des Patentanspruchs 9 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sowie die weitere Beschreibung enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, die Ansprüche einer Kategorie entsprechend den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weiterzubilden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kommunikationsanlage in einem Kraftfahrzeug wird zumindest für eine erste Hörzone ein bestimmtes Ziel-Sprachsignal erfasst. Dabei kann es sich z. B. um das Sprachsignal der telefonierenden Person im Fahrzeug handeln, welches beispielsweise mit einem dieser ersten Hörzone zugeordneten Mikrofon der Kommunikationsanlage erfasst wird. Es kann sich aber auch um das eingehende Sprachsignal des entfernten Kommunikationspartners des Telefonierenden handeln. In diesem Fall kann das Ziel-Sprachsignal auch bereits schon als elektrisches Signal erfasst werden, bevor es auf einen Lautsprecher der Freisprechanlage oder eines Telefonhörers ausgegeben wird. Das Ziel-Sprachsignal kann auch eine Überlagerung beider Sprachsignale sein. Außerdem wird erfindungsgemäß in einer zweiten Hörzone, in welcher das Ziel-Sprachsignal nicht verstanden werden soll, ein Gesamtschallsignal (oder Misch-Schallsignal) erfasst, das u. a. auch das Ziel-Sprachsignal enthält. Dieses Gesamtschallsignal kann also außer dem Ziel-Sprachsignal, soweit es in der zweiten Hörzone ankommt, zusätzlich alle weiteren Geräusche enthalten wie z. B. ein Hintergrundsignal, bestehend aus Hintergrundgeräuschen wie Fahrgeräuschen, Signalen einer aktiven Audioanlage usw. einschließlich eines bereits ausgesendeten Maskierungsschallsignals.
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In Abhängigkeit von einem Ziel-Sprachsignal im Gesamtschallsignal, z. B. von einem Niveau des Ziel-Sprachsignals innerhalb des Gesamtschallsignals, wird dann adaptiv ein Maskierungsschallsignal (d. h. der Störschall) bereitgestellt und lokal für die zweite Hörzone ausgegeben. Dabei wird das Maskierungsschallsignal so erzeugt, dass eine semantische Erfassung der Inhalte des Ziel-Sprachsignals durch Personen in der zweiten Hörzone unterdrückt bzw. im Idealfall ganz verhindert wird.
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Die Adaption bzw. Anpassung des Maskierungsschallsignals kann dabei zu beliebigen aufeinander folgenden Zeitpunkten wiederholt werden, bevorzugt auch quasikontinuierlich, d. h. es kann ständig das Maskierungsschallsignal geändert und an die neue Situation in der zweiten Hörzone angepasst werden. Vorzugsweise erfolgen dabei eine Erfassung des aktuellen Gesamtschallsignals und eine entsprechende Anpassung des Maskierungsschallsignals in zeitlichen Abständen (d. h. mit einer Latenzzeit) von unterhalb 10 ms.
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Durch die Anpassung des Maskierungsschallsignals dahingehend, inwieweit überhaupt das Ziel-Sprachsignal unter Berücksichtigung der weiteren Schallsignale in der zweiten Hörzone relevant oder verständlich ist, wird dafür gesorgt, dass kein unnötig starkes Maskierungsschallsignal in die zweite Hörzone ausgesendet wird. Die Störung in der zweiten Hörzone ist also soweit wie möglich minimiert.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens benötigt eine erfindungsgemäße Kommunikationsanlage zumindest eine erste Signaldetektionseinrichtung, welche ausgebildet (und somit auch entsprechend angeordnet) ist, um zumindest ein für eine erste Hörzone bestimmtes Ziel-Sprachsignal zu erfassen. Hierbei kann es sich z. B. um ein Mikrofon in bzw. bei der ersten Hörzone, um einen passenden Detektor im Eingangskanal für ein eingehendes Sprachsignal während eines Gesprächs über die Kommunikationsanlage oder eine Kombination aus beidem handeln. Weiterhin wird eine zweite Signaldetektionseinrichtung, beispielsweise ein zweites Mikrofon, benötigt, welches entsprechend ausgebildet ist, um in der zweiten Hörzone ein Gesamtschallsignal einschließlich des Ziel-Sprachsignals zu ermitteln. Die Kommunikationsanlage weist außerdem erfindungsgemäß eine Maskierungssignalsteuereinrichtung auf, die ausgebildet ist, um in Abhängigkeit vom Ziel-Sprachsignal im Gesamtschallsignal adaptiv ein Maskierungsschallsignal bereitzustellen bzw. zu erzeugen. Außerdem weist die Kommunikationsanlage eine Schallausgabeeinrichtung auf, die ausgebildet ist, um lokal für die zweite Hörzone das Maskierungsschallsignal auszugeben. Hierbei kann es sich um eine Lautsprecheranordnung handeln, beispielsweise um einen oder mehrere Lautsprecher in den Kopfhörern der Plätze, die zur zweiten Hörzone gehören.
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Die erste Hörzone und die zweite Hörzone im Sinne der Erfindung sind frei wählbar, d. h. es ist durchaus möglich, dass eine Hörzone, die bei einer Situation die erste Hörzone bildet, in der das diskrete Telefongespräch geführt werden soll, in einer weiteren Situation dann die zweite Hörzone bildet, die durch ein Maskierungsschallsignal beschallt wird, weil an einem anderen Platz im Kraftfahrzeug ein Telefongespräch geführt werden soll.
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Um das Niveau oder den Anteil des Ziel-Sprachsignals im Gesamtschallsignal zu ermitteln, weist die Kommunikationsanlage bzw. die Maskierungssignalsteuereinrichtung bevorzugt eine geeignete Signalanalyseeinheit auf. Zur Realisierung der Signalanalyseeinheit gibt es verschiedene Möglichkeiten, je nachdem, auf welche Weise das Ziel-Sprachsignal im Gesamtschallsignal bzw. dessen Anteil bestimmt werden soll.
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Bei einer ersten bevorzugten Variante wird eine Signalstärke, beispielsweise ein Signalpegel, des Ziel-Sprachsignals im Verhältnis zum Gesamtschallsignal ermittelt und das Maskierungssignal wird adaptiv in Abhängigkeit von der Signalstärke erzeugt. Das Verhältnis der Signalstärke des Ziel-Sprachsignals zum Gesamtschallsignal kann dabei so zu verstehen sein, dass der Anteil des Ziel-Sprachsignals im Gesamtschallsignal bestimmt wird, aber auch, dass das Ziel-Sprachsignal im Verhältnis zum Hintergrundschallsignal bzw. zur Differenz zwischen Gesamtschallsignal und Ziel-Sprachsignal ermittelt wird, beispielsweise ein Überhöhungsfaktor oder dergleichen. Die Signalstärke kann dabei z. B. mit einem geeigneten Leveldetektor ermittelt werden, der Teil der Signalanalyseeinheit sein kann. Weiterhin kann die Signalstärke des Ziel-Sprachsignals auch aus Informationen über das eingehende Signal des Gesprächspartners oder aus dem vom Mikrofon in der ersten Hörzone empfangenen Signal abgeschätzt werden. Eine einfache frequenzunabhängige Detektion des Signallevels reicht hier aus, z. B. gemittelt über alle Frequenzen in dem relevanten Frequenzbereich, beispielsweise dem Frequenzbereich für Sprache. Dieses Verfahren ist also sehr einfach durchführbar.
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Bei einer anderen bevorzugten Variante erfolgt eine frequenzabhängige Analyse des Sprachsignals im Verhältnis zum Gesamtschallsignal. Das Maskierungssignal wird dann adaptiv in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse frequenzabhängig gesteuert bzw. modifiziert. Durch die frequenzabhängige Analyse der Signalstärke des Ziel-Sprachsignals im Verhältnis zum Gesamtschallsignal ist es möglich, nur in solchen Frequenzbereichen das Maskierungssignal zu erzeugen bzw. zu verstärken, in denen auch das Niveau des Ziel-Sprachsignals oberhalb des Niveaus des Gesamtschallsignals ist. Hierzu kann die Maskierungssignalsteuereinrichtung bzw. die Signalanalyseeinheit eine Art Rest-Zielsignal-Detektionseinheit aufweisen.
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Im einfachsten Fall kann dieses Verfahren dadurch realisiert werden, dass die frequenzabhängige Analyse des Ziel-Sprachsignals eine Frequenzspitzen-Detektion (Peak Detection) umfasst. Dabei wird nur mit einem geeigneten Peak-Detektor nach den Maxima des Ziel-Sprachsignals gesucht. Diese lassen sich u. a. relativ einfach aus dem mit dem Mikrofon in der ersten Hörzone erfassten Signal oder aus dem eingehenden Sprachsignal des Kommunikationspartners abschätzen.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung wird eine Korrelationsanalyse zwischen dem Ziel-Sprachsignal und dem Gesamtschallsignal durchgeführt. Mit einer solchen Korrelationsanalyse können die Anteile des Ziel-Sprachsignals im Gesamtschallsignal sehr genau bestimmt werden, um so auch das Restsignal, d. h. das schon in der zweiten Hörzone ohnehin vorliegende Hintergrundgeräusch und/oder Maskierungssignal, zu ermitteln. Hierzu kann die Rest-Zielsignal-Detektionseinheit eine geeignete Korrelationsanalyse-Einheit aufweisen, der einerseits das Gesamtschallsignal der zweiten Hörzone und andererseits das Ziel-Sprachsignal zugeführt wird.
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Zur Erzeugung bzw. Bereitstellung des Maskierungsschallsignals gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen kann das Maskierungsschallsignal auf Basis eines Rauschsignals, insbesondere weißes Rauschen, mit einem Rauschgenerator speziell erzeugt werden. Weiterhin kann ein bereits bestehendes Hintergrundgeräusch erfasst und z. B. verstärkt bzw. modifiziert wieder ausgegeben werden. Bei diesen Hintergrundgeräuschen kann es sich beispielsweise um Fahrgeräusche handeln. Besonders bevorzugt wird das Maskierungsschallsignal auf Basis eines Signals einer Audioanlage, z. B. eines Radios oder eines MP3-Players etc., erzeugt.
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Ganz besonders bevorzugt werden beispielsweise bereits existierende Hintergrundsignale, z. B. Hintergrundgeräusche oder besonders bevorzugt Signale einer Audioanlage, nur insoweit als Maskierungsschallsignal in bestimmten Frequenzbereichen modifiziert, dass lediglich das Ziel-Sprachsignal überdeckt ist und dabei der Hörer in der zweiten Hörzone kaum merkt, dass das Hintergrundsignal überhaupt verändert wurde. Hierzu muss das Hintergrundsignal lediglich in den Frequenzbereichen lokal etwas angehoben werden, in denen aktuell das Ziel-Schallsignal in der zweiten Hörzone oberhalb des Pegels des Hintergrundsignals liegt.
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Außerdem kann auch eine Ausgabe des Maskierungsschallsignals nur dann erfolgen, wenn das Ziel-Sprachsignal überhaupt eine definierte Mindest-Signalstärke erreicht oder überschreitet. Beispielsweise kann die Kommunikationsanlage bzw. die Maskierungssignalsteuereinrichtung der Kommunikationsanlage hierzu ein Noise-Gate aufweisen, das in Abhängigkeit von einem Signallevel des Ziel-Schallsignals freigeschaltet bzw. aktiviert wird.
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Insbesondere wenn ein solches Noise-Gate verwendet wird, das nur dann die Ausgabe bzw. Modifizierung des Maskierungsschallsignals freischaltet, wenn das Ziel-Sprachsignal eine definierte Mindest-Signalstärke erreicht, wird vorzugsweise beim Einschalten die Signalstärke des Maskierungsschallsignals gemäß einer vorgegebenen Anstiegskurve über einen vorgegebenen Anstiegszeitraum langsam erhöht. Vorzugsweise beträgt dieser Anstiegszeitraum mindestens 100 μs. Alternativ oder zusätzlich kann in entsprechender Weise bei einem Ausschalten des Maskierungsschallsignals gemäß einer vorgegebenen Abklingkurve über eine vorgegebene Abklingzeit das Maskierungssignal langsam reduziert werden. Auch hier beträgt die Abklingzeit vorzugsweise mindestens 100 μs. Um die gewünschte Einschalt- bzw. Ausschaltcharakteristik beim Aktivieren und/oder Deaktivieren des Maskierungssignals zu erreichen, kann die Kommunikationsanlage bzw. die Maskierungssignalsteuereinrichtung bevorzugt einen sogenannten Enveloper aufweisen. Auch diese Maßnahme erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das Maskierungsschallsignal für den damit beschallten Hörer weniger erkennbar ist und daher als weniger störend empfunden wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kommunikationsanlage mit zwei Hörzonen und einer Maskierungssignalsteuereinrichtung,
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2 ein Blockschaltbild der Maskierungssignalsteuereinrichtung aus 1, und
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3 verschiedene schematische Diagramme zur Darstellung eines Ziel-Sprachsignals, eines Hintergrundschallsignals und des daraus resultierenden Maskierungsschallsignals.
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In den 1 und 2 ist jeweils außer der funktionellen signaltechnischen Verkopplung der verschiedenen Funktionsblöcke untereinander auch ein Signalfluss für ein Beispielszenario mit Hilfe von gestrichelten, punktierten oder strichpunktierten Linien dargestellt. Bei diesem Beispielszenario wird davon ausgegangen, dass sich ein Sprecher in einer ersten Hörzone H1 im Fond des Fahrzeugs befindet und diskret über eine Freisprechanlage ein Telefongespräch mit einem externen Gesprächspartner führen will. Der Chauffeur auf dem Fahrersitz in einer zweiten Hörzone H2 soll von diesem Gespräch nichts verstehen, sich aber dennoch durch ein Maskierungsschallsignal MS, das das Verständnis der Sprache in der zweiten Hörzone H2 verhindert, nicht gestört fühlen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass neben diesem Chauffeurs-Szenario eine entsprechend aufgebaute Anlage natürlich auch in der Lage ist, den umgekehrten Fall zu ermöglichen, dass beispielsweise der Fahrer über seine Freisprechanlage kommunizieren soll und beispielsweise mitfahrende Kinder im Fond dieses Gespräch nicht verstehen sollen. Das heißt, die gesamte Kommunikationsanlage ist so aufgebaut, dass man in einer beliebigen Hörzone ein Gespräch führen kann, welches in anderen Hörzonen nicht verstanden werden kann. Ebenso ist es auch denkbar, mehr als nur zwei verschiedene Hörzonen zu realsisren.
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Wie in 1 dargestellt, ist hier jede Hörzone H1, H2 mit einem eigenen Mikrofon MK1, MK2 und zumindest einem eigenen Lautsprecher LS1, LS2, ausgestattet. Beispielsweise kann es sich bei den Lautsprechern LS1, LS2 um Stereolautsprecher in den Kopfstützen des jeweiligen Platzes im Fahrzeug handeln, so dass eine lokale Zuordnung gegeben ist. Ebenso können auch durch andere im Fahrzeug verteilte Anordnungen von Lautsprechern, bestimmte Hörbereiche in spezieller Weise beschallt werden, indem durch passende Überlagerung der Signale aus den verschiedenen Lautsprechern ein genau definiertes Klangfeld erzeugt wird. Um eine Rückkopplung der Signale der Lautsprecher IS1, LS2 in das der jeweiligen Hörzone H1, H2 zugeordnete Mikrofon MK1, MK2 zu vermeiden, weist die Anlage geeignete Mittel zur „Echo-Cancellation” auf, die hier z. B. innerhalb der noch näher erläuterten Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 realisiert sind.
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Hierzu werden die Lautsprecher LS1, LS2 von der Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 angesteuert. Die Mikrofone MK1, MK2 sind jeweils mit einem Telekommunikationsinterface TI verbunden, das in herkömmlicher Weise aufgebaut sein kann und das dafür sorgt, dass eingegangene Telefonsignale in geeignete Signale zur Ausgabe auf einem Lautsprecher umgewandelt werden. Diese Signale, hier als eingehendes Sprachsignal ES bezeichnet, werden von dem Telekommunikationsinterface TI an die mit dem Telekommunikationsinterface TI verbundene Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 übergeben und dort in der noch später näher beschriebenen Weise verarbeitet. Weiterhin sind auch die Mikrofone MK1, MK2 mit dem Telekommunikationsinterface TI verbunden, so dass die an den Mikrofonen MK1, MK2 eingegebenen Mikrofon- bzw. Sprachsignale M1, M2 über das Telekommunikationsinterface 1 an den Gesprächspartner übermittelt werden können.
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Die Mikrofone MK1, MK2 der verschiedenen Hörzonen H1, H2 sind außerdem mit der Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 verbunden. Zusätzlich ist hier die Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 noch mit einer Maskierungssignalquelle MQ verbunden, über die ein Maskierungsbasissignal MB übernommen werden kann. Bei diesem Maskierungsbasissignal MB kann es sich beispielsweise um aufgezeichnete Umgebungsgeräusche handeln, bevorzugt aber um ein gewünschtes Audiosignal, beispielsweise eine laufende Radiosendung, eine aktuell laufende Musik etc. Insofern kann als Maskierungssignalquelle MQ auch eine ohnehin im Auto befindliche Audioanlage dienen.
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Zur weiteren Erläuterung der Arbeitsweise der Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 wird nun auf 2 verwiesen. Die eingehenden Mikrofonsignale M1, M2 der Mikrofone MK1, MK2 werden dort zunächst auf einen sogenannten Voice Activity Detektor 8 gegeben. In dem oben genannten Beispielszenario (Chauffeurszenario) ist dies das im Mikrofonsignal M1 des ersten Mikrofons MK1 enthaltene Ziel-Sprachsignal ZS, das maskiert werden soll, sowie das mit dem Mikrofon M2 in der zweiten Hörzone H2 erfasste Mikrofonsignal M2. Dieses Mikrofonsignal M2 enthält das Gesamtschallsignal GS in der zweiten Hörzone H2, d. h. ein eventuell bereits schon aktuell ausgespieltes Maskierungsschallsignal einschließlich der Hintergrundgeräusche, aber insbesondere auch des von der ersten Hörzone H1 in die zweite Hörzone H2 übergekoppelten Ziel-Sprachsignals ZS.
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Der rein optionale Voice Activity Detektor ist eine Sprach- bzw. Sprechpausenerkennungseinheit, welche die An- oder Abwesenheit der menschlichen Stimme erkennen kann. Dieser Voice Activity Detektor 8 ist hier mit einem sogenannten Noise Gate 4 verbunden und schaltet – wie noch später erläutert wird – dieses Noise Gate 4 in einen aktiven Zustand, wenn ein Sprachsignal erkannt ist. Sofern hier und im Folgenden festgestellt wird, dass eine Einheit optional sein kann, ist dies immer auch so zu verstehen, dass, wenn diese Einheit für mehrere Signale genutzt wird, sie ggf. auch nur für einen Teil der Signale genutzt wird und für einen anderen Teil nicht, d. h. dass einige Signalketten eine Art Bypass um die jeweilige Einheit aufweisen.
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Die Mikrofonsignale M1, M2 werden dann an eine Echo-Cancellation-Einheit 9 übergeben, welche auch jeweils die an die Lautsprecher LS1, LS2 gesandten Signale S1, S2 erhält, so dass eine Rückkopplung von den Lautsprechern IS1, LS2 auf die Mikrofone MK1, MK2 in den jeweiligen Hörzonen H1, H2 verhindert wird und das Echo sowie Hall-Effekte bei gleichzeitigem Senden und Empfangen unterdrückt werden. Auch diese Echo-Cancellation ist optional und kann beispielsweise auch extern (bezüglich der Maskierungssignalsteuereinrichtung 1) realisiert sein.
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Weiterhin werden die Mikrofonsignale M1, M2 an eine optionale Equalizer-Einheit 10 übergeben, die als Filter zur Tongestaltung und zur Entzerrung von Tonfrequenzen genutzt werden kann. Ebenso kann hier eine Entzerrung vorgenommen werden, um Frequenzbereiche abzusenken oder anzuheben.
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Das erste und zweite Mikrofonsignal M1, M2, d. h. sowohl das Ziel-Sprachsignal ZS als auch das Gesamtschallsignal GS, werden dann an eine Signalanalyseeinheit 2 übergeben, mit der die beiden Signale ZS, GS analysiert werden, um einen Anteil des Ziel-Sprachsignals ZS im Gesamtschallsignal GS zu ermitteln. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst diese Signalanalyseeinheit 2 eine Korrelationsanalyseeinheit 21, einen Pegel-Detektor 22 und einen Level-Detektor 23. In der Korrelationsanalyseeinheit 21 wird, bevorzugt mit einer Kreuzkorrelationsfunktion, ein Vergleich der beiden Signale ZS, GS durchgeführt. Dabei werden das Ziel-Sprachsignal ZS und das Gesamtschallsignal GS auf gleiche Signalanteile bzw. -inhalte hin untersucht. Durch diese Korrelationsanalyse kann relativ exakt zu jedem Zeitpunkt für jeden Frequenzbereich bestimmt werden, welche „Rest-Signalanteile” des Ziel-Sprachsignals ZS überhaupt noch innerhalb des Gesamtschallsignals GS relevant vorhanden sind, d. h. was von den am Mikrofon MK1 anliegenden Ziel-Sprachsignalen ZS überhaupt noch im Frontbereich beim Fahrer ankommt und verstanden werden könnte. Diese Korrelationsanalyseeinheit 21 kann dabei auch psychoakustische Effekte bzw. Funktionen nutzen, beispielsweise dass ein Geräusch in einem engeren Frequenzbereich mit entsprechender Höhe ausreicht, um einen breiteren Frequenzbereich abzudecken, sofern die Signalstärke in den benachbarten Frequenzbereichen unterhalb eines bestimmten Niveaus liegt, welches durch eine psychoakustische Kurve vorgegeben ist. So ist z. B. das Gehör nicht in der Lage, bei sehr lauten Bässen gleichzeitig sehr leise Töne im mittleren Frequenzbereich wahrzunehmen. D. h. die Wahrnehmbarkeitsschwelle wird in einem Frequenzbereich um das Störsignal herum angehoben, wobei die Anhebung vom Störpegel abhängt. Nur diese Rest-Signalanteile wären also noch zusätzlich bei der Ausgabe des Maskierungssignals abzudecken, damit ein mit dem Maskierungsschallsignal beschallter Hörer das Ziel-Sprachsignal nicht mehr verstehen kann.
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Das analysierte Signal wird dann dem Peak-Detektor 22 übergeben, welcher im Frequenzbereich Spitzenwerte einer oder mehrerer Frequenzen erkennt. In einem nachfolgenden Level-Detektor 23 wird dann die Signalstärke bzw. der Pegel des Signals erfasst, um eine absolute Höhe der jeweiligen Signalspitzen bestimmen zu können. Es wird darauf hingewiesen, dass die Signalanalyseeinheit 2 außer in dieser bevorzugten Form auch in einfacherer Weise realisiert sein kann, z. B. ohne Korrelationsanalyseeinheit, so dass beispielsweise nur im Peak-Detektor die frequenzabhängigen Signalspitzen des Ziel-Sprachsignals ZS und des Gesamtschallsignals GS erfasst werden und durch einen einfachen Vergleich ermittelt wird, welche Frequenzbereiche noch zu beschallen sind oder dass im allereinfachsten Fall einfach nur eine Abschätzung des Anteils des Ziel-Sprachsignals im Gesamtschallsignal der zweiten Hörzone mittels eines Level-Detektors erfolgt.
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Das Ausgangssignal der Signalanalyseeinheit 2 gibt also vor, in welchen Frequenzbereichen in welcher Stärke das Maskierungsschallsignal MS erzeugt bzw. adaptiert werden muss, um das Ziel-Sprachsignal ZS in der zweiten Hörzone H2 komplett zu maskieren. Dieses Ausgangssignal bzw. hier Korrelationssignal der Signalanalyseeinheit 2 wird hierzu an eine Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 übergeben. Diese Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 erhält zudem das Maskierungsbasissignal MB von der Maskierungssignalquelle MQ (siehe 1), das beispielsweise über einen optionalen Equalizer 6 sowie Level- und/oder Peak-Detektor 7 an die Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 übergeben wird. In Abhängigkeit von dem Korrelationssignal der Signalanalyseeinheit 2 sowie dem Niveau und den Frequenzspitzen im Maskierungsbasissignal MB wird dann das Maskierungsbasissignal MB in der Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 so angepasst bzw. ein für die aktuelle Situation geeignetes frequenzselektives Maskierungssignal MS erzeugt, dass sämtliche Spitzen im Ziel-Sprachsignal ZS abgedeckt werden.
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Dies ist schematisch durch die vier Diagramme in 3 dargestellt. Das erste Diagramm A (oben links) zeigt die Amplitude V (in willkürlichen Einheiten) über der Frequenz f (in willkürlichen Einheiten in einer logarithmischen Skalierung) des Ausgangs-signals der Signalanalyseeinheit 2, d. h. des bereits analysierten Ziel-Sprachsignals ZS' bzw. der Signalanteile des Ziel-Sprachsignals ZS, die in der zweiten Hörzone H2 noch ankommen. Im Diagramm B (oben rechts) ist zusätzlich zu diesem Signal ZS' noch das in der zweiten Hörzone H2 vorhandene Hintergrund-signal HS dargestellt, wobei es sich beispielsweise um das aktuell zur Maskierung benutzte Audiosignal, d. h. ein zum aktuellen Zeitpunkt der Analyse vorliegendes Maskierungsschallsignal, handeln kann. Wie hier zu erkennen ist, gäbe es mehrere Frequenzspitzen des Ziel-Sprachsignals, die aus dem Hintergrundsignal HS noch herausragen, so dass Sprache in diesen Frequenzbereichen ggf. verstanden werden könnte. Um dies zu vermeiden, werden diese Sprachsignale durch Adaption des Maskierungsschallsignals MS abgedeckt. Diagramm C (unten links) zeigt, wie durch zusätzliche Maskierungsschallsignalanteile MT diese Frequenzspitzen des Ziel-Sprachsignals abgedeckt werden können. Die zusätzlichen Maskierungsschallsignalanteile MT werden bevorzugt durch eine frequenzselektive Anhebung des Musiksignals in den gewünschten Frequenzbereichen erfolgen. Ebenso ist aber auch eine Überlagerung von zusätzlichen bewusst erzeugten Rauschanteilen und/oder von erstelltem Synthesizer-Sound möglich. Im Diagramm D (unten rechts) ist dann das auf diese Weise erzeugte adaptive Maskierungsschallsignal MS dargestellt, wobei hier deutlich zu erkennen ist, dass das Ziel-Sprachsignal komplett maskiert ist.
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Eine solche Adaption des Maskierungsschallsignals MS kann mit einer Latenzzeit von unterhalb 10 μs erfolgen, so dass quasikontinuierlich das Maskierungsschallsignal MS an das aktuelle Ziel-Sprachsignal ZS angepasst ist. Es ist selbstverständlich bei der Adaption darauf zu achten, inwieweit sich das Maskierungsschallsignal MS zwischen der Aufnahme im Gesamtschallsignal (bzw. im Hintergrundsignal in der zweiten Hörzone H2), auf deren Basis das die Analyse der Signalanalyseeinheit 2 durchgeführt wurde, bis zur Modifikation in der Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 geändert hat, und die Modifikation geeignet anzupassen.
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Anstatt ein externes Maskierungsbasissignal MB über einen Signaleingang zu übernehmen, kann das Maskierungsschallsignal MS auch komplett in der Maskierungssignalsteuereinrichtung 1 mit einem geeigneten Synthesizer erzeugt werden. Dieser Synthesizer kann beispielsweise ein Teil der Maskierungssignal-Adaptionseinheit 3 sein und geeignet adaptiv gesteuert werden, um das Maskierungsschallsignal MS in Abhängigkeit von dem zu überlagernden Signal bezüglich der Hüllkurve, Tonalität etc. zu erzeugen. Hierzu kann z. B. ein Synthesizer (digitaler Tongenerator) verwendet werden oder es werden verschiedene Tonspuren (Layer) erstellt, welche z. B. nur auf bestimmte Frequenzbereiche ausgelegt sind. Je nach Maskierung können dann ein oder mehrere Layer adaptiv verwendet werden.
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Um dafür zu sorgen, dass nicht unnötig ein Maskierungsschallsignal MS ausgegeben wird bzw. zur Adaption eines Maskierungsschallsignals MS ein laufendes Audiosignal unnötig verzerrt wird, wird das Maskierungssignal MS zunächst an ein mit der Maskierungssignal-Adaptionseinheit verbundenes Noise Gate 4 (Geräuschtor) übergeben. Dieses Noise Gate 4 dient zur Unterdrückung des Maskierungsschallsignals bei nur niedrigen Audiosignalen, wenn beispielsweise das Ziel-Sprachsignal ZS ohnehin sehr gedämpft ist und nur einen sehr geringen Pegel hat. Dieses Noise Gate 4 kann zusätzlich eine Duck-Chain-Funktion aufweisen, mit der ein Schwellwert festgelegt werden kann, wann das Noise Gate das Maskierungsschallsignal MS freigibt oder nicht. Geschaltet wird dieses Noise Gate 4 entweder durch das zu maskierende Ziel-Sprachsignal ZS oder durch ein zu maskierendes eingehendes Sprachsignal ES. Hierzu ist ein Seiteneingang (Side Chain-Signaleingang) des Noise Gates 4 mit dem Voice Activity Detector 8 sowie mit dem Eingang für das eingehende Telefonsignal ES verbunden. Mit dem Noise Gate 4 kann also dafür gesorgt werden, dass tatsächlich nur dann ein zusätzliches Maskierungsschallsignal ausgegeben bzw. adaptiert wird, wenn dies überhaupt nötig ist, weil ein Sprachsignal zu überdecken ist.
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Üblicherweise hat ein solches Noise Gate 4 relativ steile Flanken, so dass bei einer Aktivierung des Maskierungsschallsignals MS durch das Noise Gate 4 plötzlich eine Veränderung im Maskierungsschallsignal MS bzw. im Hintergrundgeräusch auftreten könnte. Ebenso plötzlich würde sich diese Signalveränderung auswirken, wenn z. B. in Sprachpausen des Sprechers kein Ziel-Sprachsignal ZS mehr anliegt. Dies ist durch das Rechteckpulssymbol am Ausgang des Noise Gates 4 in 2 dargestellt. Um diese Übergänge für den durch das Maskierungsschallsignal MS beschallten Hörer in der zweiten Hörzone H2 möglichst unhörbar zu machen, wird das Signal zunächst über einen sog. Enveloper 5 geleitet. Mit diesem Enveloper 5 können Anstiegs- und Abstiegszeiten bzw. Abklingzeiten des Signals gesteuert werden.
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Wenn ein Maskierungsschallsignal MS durch Modifikation eines ohnehin vom Hörer konsumierten Audiosignals erzeugt wird, werden vorzugsweise nur die zur vollständigen Maskierung benötigten zusätzlichen Signalanteile durch das Noise Gate 4 und den Enveloper 5 gesteuert, wogegen das ursprüngliche Audiosignal parallel über einen Bypass (nicht dargestellt) geleitet wird.
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Eine Ausgabe des Maskierungsschallsignals MS erfolgt dann in dem dargestellten Beispielszenario auf dem Lautsprecher LS2 in der zweiten Hörzone H2, d. h. über das Lautsprechersignal 52. Hierzu wird vom Enveloper 5 aus das Signal noch über ein optionales Delay 14, einen optionalen Gain-Steller 15 sowie einen optionalen Kompressor/Limiter 16 an den Lautsprecher LS2 ausgegeben. Mittels des Delay 14 können Signale verzögert ausgegeben werden, um die Signallaufzeiten zwischen den Ziel-Sprachsignalen und dem daran angepassten Maskierungsschallsignal soweit wie möglich auszugleichen bzw. anpassen zu können. Mit dem Gain-Steller 15 kann der Signalpegel angehoben bzw. abgesenkt werden und über den Kompressor 16 kann der Sound reduziert werden, welcher über einen bestimmten Schwellwert hinausgehen möchte. Dadurch kann die Dynamik geglättet werden und die Gesamtlautstärke, d. h. die wahrgenommene Lautstärke, erhöht werden. Dabei werden die wichtigsten Signalanteile betont, wobei aber verhindert wird, dass die leisen Anteile untergehen. Im Limiter kann die Lautstärke eines Signals reduziert werden, welches den eingestellten Schwellwert überschreiten würde. Bei all diesen Komponenten 14, 15, 16 wird aber darauf geachtet, dass die Signalanteile nicht so verändert werden, dass das Maskierungsschallsignal dann nicht mehr das Ziel-Sprachsignal in ausreichender Weise maskiert.
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Entsprechende Komponenten, d. h. ein optionales Delay 11, ein optionaler Gain-Steller und ein optionaler Kompressor-Limitter 13, befinden sich auch an dem Ausgang für den ersten Lautsprecher LS1, über den das erste Lautsprechersignal 51 ausgegeben wird. Diese Ausgangssignalketten mit den Komponenten 11, 12, 13 am Ausgang für den ersten Lautsprecher LS1 bzw. mit den Komponenten 14, 15, 16 vor dem Ausgang des zweiten Lautsprechers LS2 sind auch direkt mit dem Eingang für das eingehende Sprachsignal ES, d. h. mit dem Telekommunikationsinterface TI (siehe 1) gekoppelt, so dass wie in dem dargestellten Beispielszenario ein eingehendes Sprachsignal ES direkt in der Maskierungssignalsteuereinheit 1 als Lautsprechersignal S1 für den Lautsprecher LS1 in der ersten Hörzone H1 wieder ausgegeben werden kann, wobei hier ggf. auch ein Delay des Signals erfolgt, um eine Laufzeitanpassung an das Maskierungsschallsignal MS zu erreichen. In diesem Zusammenhang wird explizit darauf hingewiesen, dass in dem zuvor beschriebenen Szenario auch das eingehende Sprachsignal ES als Ziel-Sprachsignal genutzt werden kann, an welches das Maskierungsschallsignal anzupassen ist. Kommt gleichzeitig ein eingehendes Sprachsignal ES an, während die Person in der ersten Hörzone H1 spricht, wird bevorzugt das Maskierungsschallsignal so angepasst, dass beide Ziel-Sprachsignale ZS und ES ausreichend gut überdeckt sind.
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Die Erfindung erlaubt folglich in vorteilhafter Weise, innerhalb eines Fahrzeugs ein diskretes Telefongespräch zu führen, das von anderen Personen nicht mitgehört werden kann, ohne jedoch diese anderen Personen unnötig durch, insbesondere unangenehme, Geräusche, zu belasten. Im günstigsten Fall erkennen die anderen Personen nicht einmal, dass sie von einem Maskierungsschallsignal daran gehindert werden, die Sprachsignale zu verstehen. Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der in den Figuren dargestellten Kommunikationsanlage bzw. dem detailliert beschriebenen Verfahren nur um ein Ausführungsbeispiel handelt, welches in vieler Hinsicht modifiziert werden kann. Weiterhin wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein, eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” nicht aus, dass diese auch aus mehreren Untereinheiten besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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