DE102014210105A1 - Zonenbasierte Tonwiedergabe in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug, bei dem der Innenraum des Fahrzeugs in Zonen (11, 12) eingeteilt ist, sind in jeder Zone (11, 12) mindestens zwei der jeweiligen Zone (11, 12) zugeordnete Lautsprecher (4, 5, 7, 8) vorgesehen. Mit den jeweiligen Lautsprechern (4, 5, 7, 8) erfolgt eine binaurale Tonwiedergabe in der Zone (11, 12).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Tonausgabesystem.
  • In Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind in der Regel mehrere Fahrplätze vorgesehen. Beispielsweise können in einem Personenkraftwagen Fahrplätze vorne für einen Fahrer und einen Beifahrer und im Fond Fahrplätze für mehrere Mitfahrer vorgesehen sein. In einem solchen Fahrzeug sind die jeweiligen akustischen Bedingungen für die jeweiligen, im Fahrzeug befindlichen Personen bzw. Passagiere fahrplatzspezifisch verschieden. Dies betrifft insbesondere die Wiedergabe von Toninformationen durch ein fest in das Fahrzeug eingebautes Lautsprechersystem.
  • in der US 2010/0329488 A1 wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Fahrzeuginnenraum in Zonen eingeteilt wird und in den Zonen jeweils Mikrofone positioniert werden, die die aktuelle Geräuschsituation in der Zone erfassen. Die Zonen sind dabei Fahrplätzen zugeordnet. Mittels des Verfahrens erfolgt ein aktives Sound Management derart, dass Störgeräusche in der jeweiligen Sitzplatz-Zone erfasst und durch ein Störgeräusch-Unterdrückungsverfahren (Noise Cancellation Verfahren) unterdrückt bzw. ausgeblendet werden. Geräusche werden dem entsprechend in gewünschte Geräusche und in unerwünschte Geräusche (Störgeräusche, Lärm, engl. Noise) eingeteilt. Anhand der per Mikrofon erfassten Geräusche und gegebenenfalls von einer Audioquelle ausgegebenen Signalen, die insbesondere gewünschten Geräuschen entsprechen, werden zonenweise angeordnete Lautsprecher so angesteuert, dass in der jeweiligen Zone Störgeräusche deutlich herabgesetzt sind. Zumindest ein Teil der jeweiligen Mikrofone und Lautsprecher sind dabei jeweils an vorgegebenen Positionen im Bereich der jeweiligen Zonen angeordnet. Im Rahmen des Noise Cancellation Verfahrens können mit einer elektronischen Steuerungseinheit beispielsweise zu den erfassten Störgeräuschen phaseninvertierte Ansteuerungssignale mit entsprechender Stärke und entsprechenden Frequenzen erzeugt und an die Lautsprecher zur Wiedergabe ausgesandt werden. Die Steuereinheit kann dabei auch Hintergrund-Geräusche, insbesondere Hintergrund-Störgeräusche erfassen, klassifizieren und verarbeiten, die zonenübergreifend erfasst werden, beispielsweise durch ein zentrales, außerhalb der Zonen angeordnetes Mikrofon.
  • Im Rahmen des in der US 2010/0329488 A1 beschriebenen Verfahrens werden sechs verschiedene, auswählbare Betriebsmodi angegeben, die jeweils einem Anwendungszweck zugeordnet sind, nämlich
    • – ein Störgeräuschunterdrückungs-Modus (Noise Cancellation Mode), bei dem lediglich im Fahrzeuginnenraum herrschende Störgeräusche ausgeblendet werden um den Komfort der Fahrzeuginsassen zu erhöhen,
    • – ein Sprachverstärkungsmodus, bei dem Sprachinformation, die von einem der Mikrofone empfangen werden, verstärkt und an eine oder mehrere der anderen Zonen über die ihnen jeweils zugeordneten Lautsprecher ausgegeben werden,
    • – ein Privat-Unterhaltungsmodus (Voice Privacy Mode), bei dem anhand der beispielsweise von einem Gespräch stammende Signale eines Mikrofons einer Zone Lautsprecher anderer Zonen so angesteuert werden und dabei die Signale beispielsweise mit Störgeräuschen beaufschlagt oder mittels Phaseninversion ausgelöscht werden, dass in diesen Zonen die Original-Signale bzw. das Gespräch nicht mehr reproduzierbar bzw. verständlich ist,
    • – ein Audio/Multimedia-Mode, bei dem Toninformationen einer Audio- bzw. Multimedia-Quelle wiedergegeben werden, wobei beispielsweise von Straßenlärm stammende Störgeräusche mittels Phaseninversion ausgelöscht werden können oder automatisch Balance- und/oder Lautstärkeeinstellungen an einem bzw. mehreren Lautsprechern erfolgen werden können,
    • – ein Spracherkennungs-Modus, bei dem von einem in einer Zone angeordneten Mikrofon aufgenommene Sprach-Signale in einem Lautsprechersystem von mindestens einer jeweils anderen Zone wiedergegeben werden und
    • – ein Mobiltelefonie-Modus, bei dem die von mindestens einem in einer Zone angeordneten Mikrofon aufgenommenen Signale jeweils so verarbeitet werden, dass ein zumindest weitgehend von Störgeräuschen befreites Mobiltelefon-Gespräch von einem insbesondere beliebigen Fahrplatz bzw. von einer insbesondere beliebigen der Zonen innerhalb des Fahrzeugs ermöglicht wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gute, möglichst störungsfreie Wahrnehmung von Audioinformationen für in einem Fahrzeug befindliche Personen zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug vorgesehen, den Innenraum des Fahrzeugs in mehrere Zonen einzuteilen. In mindestens einer der Zonen sind mindestens zwei der Zone zugeordnete Lautsprecher vorgesehen. Mittels der Lautsprecher erfolgt eine binaurale Tonwiedergabe.
  • Binaurale Tonwiedergabe mittels zweier Lautsprechern bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Zuhörer, der in der Zone an einem den beiden Lautsprechern zugeordneten Platz sitzt, den einen Lautsprecher nur mit einem ersten seiner Ohren wahrnimmt und den zweiten Lautsprecher nur mit seinem jeweiligen zweiten Ohr. Durch eine derartige binaurale Tonwiedergabe kann für den Zuhörer eine Wiedergabesituation geschaffen werden, die dem Hören mittels Kopfhörern entspricht. Die Lautsprecher können dem entsprechend jeweils einem der Ohren zugeordnet werden, beispielsweise dem linken Ohr ein oder mehrere „linke” Lautsprecher. Dem entsprechend kann es einen linken Wiedergabekanal mit entsprechenden Ansteuerungskomponenten und einem oder mehreren Lautsprechern und einen entsprechenden rechten Wiedergabekanal geben.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in der Zone Geräusche von mindestens einer der jeweiligen anderen Zonen zumindest teilweise ausgeblendet. Im Rahmen der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass in mindestens eine der Zonen ein Mikrofon vorgesehen ist, mit dem die in der jeweiligen Zone herrschenden Geräusche erfasst werden. Anhand der mittels des Mikrofons aus den Geräuschen erzeugten Signals können ein oder mehrere Lautsprecher in derselben Zone und/oder in einer oder mehreren der anderen Zonen angesteuert werden. Dabei kann insbesondere eine Signalverarbeitung erfolgen, durch die weitere Signale wie beispielsweise Audiosignale einer Audioquelle hinzugefügt werden können. Eine Signalverarbeitung im Sinne der Erfindung kann jeweils analog oder digital und insbesondere mittels aus den Signalen erzeugten digitalen Daten erfolgen. Insofern sind im Rahmen der Erfindung die Begriffe „Signalverarbeitung” und „Datenverarbeitung” gleich zu verstehen.
  • Zum Erzeugen einer kopfhörerähnlichen Wiedergabesituation kann beispielsweise mittels einer Crosstalk Cancellation Technik erfolgen, bei der ein Lautsprecher in einem Verbund von Lautsprechern gezielt für einen vorgegebenen Ort des Zuhörers so angesteuert wird, dass von einem oder mehreren Lautsprechern abgegebene Schallwellen vom Zuhörer nicht wahrgenommen werden. Dazu kann beispielsweise der Lautsprecher gegenphasig zu den anderen Lautsprechern angesteuert werden. In dem Lautsprecher können insbesondere Ansteuerungssignale überlagert werden, so dass beim Zuhörer einerseits Schallwellen anderer Lautsprecher ausgelöscht werden und andererseits gewünschte Schallwellen bzw. Töne des dem Ohr zugeordneten Lautsprechers wahrgenommen werden, beispielsweise Lieder aus einer Audio-Tonquelle oder Sprachsignale aus einer Mobilfunk-Verbindung.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest einer der Lautsprecher von mindestens einer der Zonen in einem dem Fahrplatz der Zone zugeordneten Sitz- und/oder Unfall-Sicherheitselement, insbesondere in einer Kopfstütze integriert. Dadurch kann eine Fahrplatz-übergreifende Crosstalk Cancellation erfolgen. Dabei können insbesondere die gegenseitigen Effekte zwischen Lautsprechern verschiedener Zonen ausgeblendet werden. Mit der Erfindung kann insbesondere erreicht werden, dass ein Passagier nur diejenigen gewünschten Tonsignale, beispielsweise Audiosignale einer Musik- und/oder Sprach-Audioquelle hört, die direkt seinem Sitzelement zugeordnet sind. Tonsignale der an anderen Sitzen bzw. in anderen Zonen angebrachten Lautsprechern, werden insbesondere ausgeblendet. Damit wird die binaurale Tonwiedergabe an dem jeweiligen Fahrplatz vorteilhaft unterstützt.
  • Mit der Erfindung können vorteilhaft passagierindividuelle, insbesondere den Zonen entsprechende Hörzonen in einem Fahrzeug geschaffen werden. Die Zonen können dabei vorteilhaft akustisch voneinander entkoppelt werden, so dass an jedem Fahrplatz eine individuelle Tonwiedergabe, zumindest weitgehend ohne akustische Störungen von umgebenden Zonen bzw. Geräuschquellen, ermöglicht wird.
  • Insbesondere durch Integration der Lautsprecher in die Kopfstütze eines Fahrtplatzes kann erreicht werden, dass die jeweiligen Lautsprecher nahe an den beiden Ohren des jeweiligen Passagiers angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine eindeutige Zuordnung der Lautsprecher zum rechten bzw. linken Uhr des Passagiers und somit eine sehr kopfhörerähnliche Situation schaffen. Mit den beiden Lautsprechern wird quasi eine Situation eines aufgeklappten Kopfhörers geschaffen. Diese Anordnung ermöglicht insbesondere die Anwendung von Signalverarbeitungs-, Wiedergabe- und/oder Lautsprecher-Ansteuerungsverfahren, die aus dem Bereich von Kopfhörern bekannt sind. Insbesondere durch Anwendung eines Crosstalk Cancellation Verfahrens kann diese Anordnung noch kopfhörerähnlicher gestaltet und quasi ein virtueller Kopfhörer geschaffen werden. Durch diese Ausführungsform der Erfindung kann weiterhin vorteilhaft erreicht werden, dass die Lautstärke der ohrnahen Lautsprecher relativ niedrig gehalten werden kann, wodurch die Durchführung der Crosstalk Cancellation weiter begünstigt wird. Dadurch sind insbesondere weniger Geräusch-Korrekturen bei der Tonausgabe in der jeweiligen Nachbarzone erforderlich.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Kopfbewegungen eines in der jeweiligen Zone befindlichen Passagiers mittels eines Headtracking-Systems wie z. B. mit einer insbesondere optischen Kamera, erfasst. Mittels dabei gebildeter Daten kann dann insbesondere das Ausblenden der Geräusche in der Zone derart gesteuert werden, dass die Kopfbewegung bei der Tonwiedergabe ausgeglichen wird. Diese Steuerung kann insbesondere in Echtzeit erfolgen.
  • Mit der Erfindung kann auch eine wirkungsvolle Surroundabbildung in der jeweiligen Zone, insbesondere in der Hörzone eines Sitzelementes, erfolgen. Dazu können ansich bekannte Maßnahmen bzw. Algorithmen zum Erzielen eines Surroundeffektes eingesetzt werden, insbesondere solche, die zur Anwendung in Kopfhörern bestimmt sind. In einem entsprechenden Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zum Erzeugen einer richtungsabhängigen Lokalisation für den Zuhörer vorgesehen sein, dass Ansteuerungssignale für eine binaurale Tonwiedergabe in Lautsprechern mit mindestens einer kopfbetonten, das Richtungs-Hören bestimmende Übertragungsfunktionen bzw. Außenohrübertragungsfunktion (Head Related Transfer Function, HRTF) gefaltet werden (Faltungs Head Related Transfer Funktion). Die HRTF kann insbesondere individuell für eine Person bestimmt werden und für diese Person verwendet werden. Dazu kann vorteilhaft in dem Fahrzeug ermittelt werden, welche Person bzw. welcher Passagier sich an dem jeweiligen Platz in der Zone aufhält, insbesondere dort sitzt. Das Ermitteln kann mit einer geeigneten Identifizierungsfunktion erfolgen, beispielsweise mittels eines der jeweiligen Person zugeordneten und von ihr mitgeführten Fahrzeugschlüssels oder sonstigen Identifizierungsmerkmals und/oder einem in dem Fahrzeug entsprechend hinterlegten und ggf. ausgewählten Profils. Das Ermitteln kann auch mittels einer insbesondere optischen Kamera erfolgen.
  • HRTFs sind individuelle Funktionen, die sich typischerweise von Mensch zu Mensch durch unterschiedliche Beschaffenheit der Ohren, Kopfgröße, Ohrposition usw. unterscheiden. Im Idealfall wird die jeweilige Funktion individuell für den jeweiligen Hörer ermittelt und dann in das Audio-System, insbesondere in ein Crosstalk Cancellation System, geladen, um die Faltung damit durchzuführen.
  • Da eine individuelle HRTF für den jeweiligen Hörer vielfach nicht vorliegt, insbesondere bei der Auslegung von Audiosystemen, die über den Handel verkauft werden, wobei vorab nicht eindeutig bestimmt ist, welche Person das Audiosystem letztlich benutzen wird, werden bei Anwendungen wie z. B. Surround-Kopfhörern gemittelte, insbesondere auf Basis von Messungen bzw. Tests an Testpersonen erzeugte HRTFs verwendet. Mittels derart erzeugter, „durchschnittlicher” HRTFs kann bereits für eine Vielzahl potentieller Hörer eine gute Wiedergabecharakteristik des Audiosystems erzielt werden.
  • Durch die beschriebene Faltung von Ansteuersignalen mittels einer HRTF kann vorteilhaft vermieden werden, dass eine Im-Kopf-Lokalisation erfolgt. Weiterhin kann dadurch erreicht werden, dass Stereo-Quellen vom entsprechenden Passagier selbst dann von vorne wahrgenommen werden, wenn die Lautsprecher hinter dem Passagier angeordnet sind, beispielsweise in der Kopfstütze.
  • In einer Zone im Fahrzeuginnenraum können jeweils ein oder mehrere Sitzplätze für Personen wie Fahrer, Beifahrer usw. vorgesehen sein. Die Zonen können sich jeweils in Längs- und/oder Querrichtung des Fahrzeugs und/oder in vertikaler Richtung erstrecken.
  • Im Rahmen der Erfindung kann insbesondere ein Geräusch-Unterdrückungs-Verfahren wie z. B. ein Noise Cancellation Verfahren eingesetzt werden, bei dem Störgeräusche mittels mindestens eines Mikrofons erfasst werden auf die dabei erzeugten Signale derart verarbeitet und dabei erzeugten Signale direkt oder indirekt an mindestens einen Lautsprecher ausgegeben werden, dass das in einer dem Lautsprecher zugeordneten Zone das Störgeräusch ausgeblendet ist. Zur entsprechenden Signalverarbeitung kann insbesondere vorgesehen sein, zu den Mikrofon-Signalen gegenphasige Signale mit entsprechender Amplitude und/oder entsprechenden Frequenzen zu erzeugen. Das Mikrofon kann dabei insbesondere in der jeweiligen Zone und/oder im Bereich des jeweiligen Lautsprechers angeordnet und/oder mit diesem mechanisch fest verbunden sein.
  • Weiterhin können Maßnahmen ergriffen und/oder Betriebsmode vorgesehen werden, die in der eingangs genannten US 2010/0329488 A1 beschrieben wurden. Der Inhalt dieser Veröffentlichung wird deshalb hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
  • Mit der Erfindung kann auch ein Tonausgabesystem zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug vorgesehen sein, wobei der Innenraum des Fahrzeugs in Zonen eingeteilt ist. Für jede Zone sind mindestens zwei der jeweiligen Zone zuordenbare Lautsprecher vorgesehen. Weiterhin ist eine Steuerung vorgesehen, die derart eingerichtet ist, dass mit den jeweiligen Lautsprechern eine binaurale Tonwiedergabe in der Zone möglich ist.
  • Im Rahmen der Erfindung kann auch ein Fahrzeug angegeben werden, das ein entsprechendes Tonausgabesystem umfasst.
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 Ein binaurales Tonsystem mit der Fähigkeit zur Crosstalk Cancellation in einem Kraftfahrzeug,
  • 2 Ein binaurales Tonsystem mit der Fähigkeit zur Surround-Wiedergabe und
  • 3 Das Wirkprinzip eines Crosstalk Cancellation Systems.
  • Das in 1 dargestellte Tonsystem 1 ist in einem Kraftfahrzeug eingebaut. Es umfasst eine Steuerung 2 und mehrere daran angeschlossene Lautsprecher 4, 5, 7, 8. Die Lautsprecher 4, 5 sind dabei in der Kopfstütze 3 des Fahrplatzes einer Person 9, beispielsweise des Fahrzeugführers, angeordnet. Die Lautsprecher 7, 8 sind in der Kopfstütze 6 des Beifahrers 10 angeordnet. Dem entsprechend befinden sich Kopfstütze 3 und Fahrer 9 in einer Hörzone 11. Kopfstütze 6 und Beifahrer 10 befinden sich in einer Hörzone 12. Innerhalb der Steuerung 2 ist eine erste Tonquelle 14 vorgesehen, deren Signale an die Lautsprecher 4, 5 der Hörzone 11 ausgegeben werden sollen. Beispielsweise können über die Tonquelle 14 analoge oder digitale Signale eines Musikstücks ausgegeben werden, dass der Fahrer 9 für sich zum Anhören ausgewählt hat. Die in der Steuerung 2 angeordnete zweite Tonquelle 15 ist dazu vorgesehen, entsprechende analoge oder digitale Signale an die Lautsprecher 7, 8 der Hörzone 12 auszugeben. Von den Tonquellen 14, 15 können die selben Signale ausgegeben werden, beispielsweise wenn der Beifahrer 10 dasselbe Musikstück anhören möchte wie der Fahrer 9. Andernfalls kann Tonquelle 15 entsprechend dem Musikwunsch oder anderweitigen Wunsch des Beifahrers andere Signale als die Tonquelle 14 ausgeben. Die Tonquelle im 14, 15 können jeweils von einer separaten oder gemeinsamen Quelle Signale empfangen, beispielsweise von einem Multimedia-Abspielgerät des Kraftfahrzeugs.
  • Mit dem Tonsystem 1 ist eine binaurale Ausgabe der jeweiligen Tonsignale an Fahrer 9 und Beifahrer 10 möglich. Dabei nimmt das linke Ohr 9a des Fahrers 9 im wesentlichen, insbesondere nur die vom links in der Kopfstütze 3 angeordneten Lautsprecher 4 ausgegebenen Tonsignale wahr und das rechte Ohr 9b des Fahrers 9 im wesentlichen die vorn rechts in der Kopfstütze 3 angeordneten Lautsprecher 5. Entsprechendes gilt für das linke Ohr 10a bzw. das rechte Ohr 10b des Beifahrers 10 für die Lautsprecher 7 bzw. 8. Um dies zu erreichen erfolgt in der Steuerung 2 mittels der Signalverabreitungsstufe 16 eine Crosstalk Cancellation. Die jeweiligen Eingangs-Signale für die Lautsprecher werden dabei entsprechend der Signale der jeweils übrigen Lautsprecher hinsichtlich Phase und Amplitude so moduliert, dass am Ort des Lautsprechers bzw. von der in der jeweiligen Hörzone sitzenden Person mit ihrem jeweiligen an dem Lautsprecher befindlichen Ohr die Signale der anderen Lautsprecher kaum mehr bzw. nicht mehr wahrnehmbar sind. Beispielsweise werden die entsprechend dem Pfeil 4a an der Signalverarbeitungsstufe 16 eingehenden Ton-Steuerungssignale für den Lautsprecher 4 gemäß einer vorgegebenen Crosstalk Cancellation Funktion in Abhängigkeit der jeweiligen Ton-Steuerungssignale für die anderen Lautsprecher 5, 7 bzw. 8 moduliert. Die derart mittels der Signalverarbeitungsstufe 16 veränderten Ton-Steuerungssignale werden dann an den Lautsprecher 4 ausgegeben, so dass der Fahrer 9 mit seinem Ohr 9a nur noch Tonsignale des Lautsprechers 4 wahrnimmt. Für die Verarbeitung der Ton-Steuerungs-Eingangssignale zu den Lautsprechern 5, 7 und 8 (Pfeile 5a, 7a, 8a) und die entsprechende Ausgabe von Tonsteuerungs-Signalen (Pfeile 5b, 7b und 8b) gilt jeweils entsprechend dasselbe. Ein Übersprechen von Toninformationen von einem der Lautsprecher 4, 5, 7, 8 zu einem nicht zugeordneten Ohr des Fahrers bzw. Beifahrers 10 (Pfeilstruktur 17) wird dadurch vermieden. Somit wird das Prinzip der Crosstalk Cancellation derart erweitert, dass akustische Tonsignale von beiden Lautsprechern 4, 5 der Kopfstütze 3 der fahrerseitigen Hörzone 11 an jeweils beiden Ohren 10a, 10b des Beifahrers 10 in dessen Hörzone 12 unterdrückt werden. Umgekehrt gilt dasselbe für die fehlende Wahrnehmung von akustischen Tonsignalen der Lautsprecher 7, 8 durch den Fahrer 9. Die jeweiligen Lautsprecher 4, 5, 7, 8 werden dem entsprechend jeweils mit einem Nutzsignal angesteuert (Pfeile 4a, 5a, 7a, 8a), welches für das jeweilige, dem Lautsprecher zugeordnete Ohr des Passagiers (Fahrer, Beifahrer) bestimmt ist. In der Signalverarbeitungsstufe 16 werden ihnen jeweils phasenumgekehrte Gegensignale der entsprechenden, für die anderen Lautsprecher bestimmten Nutzsignale überlagert. Die jeweilige Amplitude der überlagernden Gegensignale kann dabei insbesondere in Abhängigkeit vom jeweiligen Abstand der jeweiligen beiden Lautsprecher angepasst sein. Kopfbewegungen der jeweiligen Person 9, 10 können durch ein Headtracking-System erfasst und in der Signalverarbeitungsstufe 16 zur Erzeugung der jeweiligen Ausgabesignale hinsichtlich Phasenlage und/oder Amplitude in Echtzeit berücksichtigt werden, so dass der binaurale Effekt für die jeweilige Person auch bei einer Kopfbewegung erhalten bleibt.
  • Mit dem beschriebenen Tonsystem ist es insbesondere bei Stereo-Tonquellen möglich, dass eine Wiedergabe entsprechend einer Kopfhörerwiedergabe (Im-Kopf-Lokalisation) erfolgt. Um Stereo-Tonquellen ohne eine Im-Kopf-Lokalisation wiedergeben zu können, können die Nutzsignale zusätzlich durch eine Faltung mit einer oder mehreren HRTF-Funktionen verarbeitet werden, so dass eine Lokalisation außerhalb des Kopfes entsteht, entsprechend der Wiedergabe in einem Surround-Kopfhörer. In 2 ist ein für eine entsprechende Wiedergabe dargestelltes, gegenüber dem System der 1 erweitertes binaurales Tonsystem 20 für eine Hörzone dargestellt, bei der eine Stereo-Tonquelle 21 beispielsweise von einem Fahrer 19 in einem Kraftfahrzeug von vorne quasi aus virtuellen Lautsprechern 27, 28 wahrgenommen wird, obwohl die entsprechenden tatsächlich zur Tonwiedergabe verwendeten Lautsprecher 24, 25 an einer Kopfstütze 23 hinter dem Fahrer 19 angebracht sind. Die Signalverarbeitungseinheit 26 verarbeitet hierbei die von der Stereotonquelle 21 eingehenden Signals entsprechend der mindestens einen HRTF-Funktion.
  • In 3 ist das Wirkprinzip eines an sich bekannten Crosstalk Cancellation Systems 29 am Beispiel eines Zuhörers 30 dargestellt, der Schallwellen von zwei links und rechts vor ihm positionierten Lautsprechern 31, 32 hört. Mit dem Pfeil 33 ist angedeutet, auf welchem Weg die akustischen Signale vom linken Lautsprecher 31 zum linken Ohr des Zuhörers 30 gelangen. Entsprechend ist mit dem Pfeil 34 angedeutet, auf welchem Weg die akustischen Signale vom rechten Lautsprecher 32 an das rechte Ohr des Zuhörers 30 gelangen. Mit Pfeil 35 ist angedeutet, auf welchem Weg Signale des linken Lautsprechers 31 an das rechte Ohr des Zuhörers 30 gelangen und mit Pfeil 36 ist entsprechend dargestellt, wie akustische Signale vom rechten Lautsprecher 32 an das linke Ohr des Zuhörers 30 gelangen (Crosstalk-Signale). Im Diagramm 37 ist schematisch die Intensität (1) von Ansteuersignalen XL des linken Tonkanals für eine bestimmte Frequenz über die Zeit (t) dargestellt, wobei hier zu einem bestimmten Zeitpunkt von einer entsprechenden Tonquelle ein Signal 37a abgegeben wird. Entsprechend sind im Diagramm 38 Ansteuersteuersignale XR des rechten Tonkanals dargestellt, wobei in dem gezeigten Beispiel im rechten Tonkanal im gezeigten Zeitraum von der Tonquelle kein Signal XR abgegeben wird. Die Tonsignale der Tonkanäle XL, XR werden einer Crosstalk Cancellation Filterstufe 39 zugeführt, in der die eingehenden Tonsignale XL, XR der beiden Tonkanäle kanalweise so verarbeitet werden, dass die Tonsignale der linken bzw. rechten Lautsprecher 31, 32, die über die jeweiligen Wege 35, 36 jeweils zu dem anderen Ohr des Zuhörers 30 übersprechen, durch entsprechende Gegensignale des dem jeweiligen Ohr nähergelegenen bzw. diesem zugeordneten Lautsprecher ausgelöscht werden (Crosstalk Cancellation). Die entsprechenden Gegensignale werden dann in einer Addierstufe 44 bzw. 45 mit den jeweiligen Originalsignalen XL bzw. XR überlagert und den Lautsprechern 31 bzw. 32 als Ausgangssignale YL bzw. YR zugeführt. Dazu sind in der Filterstufe 39 mehrere Teilfilter 40, 41, 42, 43 vorgesehen, mit denen die entsprechenden Gegensignale frequenz- und zeitgenau erzeugt werden. Im linken Tonkanal wird beispielsweise das eingehende Signal XL zu einer Frequenz hinsichtlich seines zeitlichen Intensitätsverlaufs über die Zeit analysiert und eine entsprechende Kenngröße dem Crosstalk Cancellation Filter 42 (CTCLR) zugeführt, der aus dieser Information des linken Kanals ein entsprechendes Gegensignal für den rechten Lautsprecher 32 für dieselbe Frequenz erzeugt und dieses der Addiererstufe 45 zuführt, in der das Gegensignal so zeitgenau (zeitversetzt) mit den Eingangssignalen XR des rechten Kanals überlagert wird, dass das in den Stufen 40, 42 verarbeitete und vom linken Lautsprecher 31 abgegebene linke Signal (XL) am rechten Ohr des Zuhörers 30 ausgelöscht wird, sobald dieses dort eintrifft. Dabei werden entsprechende charakteristische Funktionen angewandt, in denen beispielsweise in Abhängigkeit von der Position der Lautsprecher 31, 32 und des Zuhörers 30, insbesondere von der Position seiner Ohren, die entsprechenden Laufzeitunterschiede des Schalls auf den Pfaden 35 bzw. 36 gegenüber den Pfaden 34 bzw. 33 und/oder die auf dem jeweiligen Pfad eintretende Dämpfung der Schallwellen berücksichtigt sind.
  • Eine entsprechende Signalverarbeitung erfolgt im rechten Tonkanal in den Teilfiltern 41 und 43, wobei das im rechten Teilfilter 43 erzeugte Gegensignal der Addierstufe 44 des linken Tonkanals zugeführt wird und das so erzeugte addierte Signal YL dem linken Lautsprecher 31 zugeführt wird. In dem Diagramm 46 sind die entsprechenden Ausgangssignale YL des linken Tonkanals zur Ansteuerung des linken Lautsprechers 31 dargestellt. Das Steuersignal 46a entspricht dabei dem Eingangssignal 37a. Mit dem phaseninvertierten Ansteuersignal 47a wird im rechten Tonkanal das auf dem rechten Ohr des Zuhörers 30 ankommende Schallsignal des linken Tonkanals, das vom Ansteuersignal 46a herrührt, ausgelöscht. In der Grafik 49, welche die an dem rechten Ohr ankommenden Schallsignale darstellt, löschen sich dem entsprechend die zeitgleich an dem rechten Ohr ankommenden Schallsignale 49a, 49c gegenseitig aus. Das Schallsignal 49b veranschaulicht in dieser Grafik 49, welche Wirkung das Ansteuersignal 46b des linken Lautsprechers 31 am rechten Ohr hat. Dieses Signal kommt gegenüber dem vom selben Ansteuersignal 46b stammenden, am linken Ohr eintreffenden Schallsignal 48 zeitverzögert und gedämpft am rechten Ohr an.
  • Mit dem Ansteuersignal 46b für den linken Lautsprecher wird das Ansteuersignal 47a, mit dem der rechte Lautsprecher 47 angesteuert wird, so kompensiert, dass am linken Ohr zu dem betreffenden Zeitpunkt die genau zueinander gegenphasigen Schallsignale 48b, 48c eintreffen, so dass am linken Ohr zu diesem Zeitpunkt kein Ton wahrgenommen wird, entsprechend der gewünschten, ursprüngliche, in Grafik 37 gezeigten Wiedergabecharakteristik.
  • Das in 3 dargestellte, mit einem Zuhörer 30 und zwei Lautsprechern 31, 32 gezeigte Crosstalk Cancellation System kann analog bzw. in Kombination auch angewandt werden, wenn statt bzw. zusätzlich zu dem Zuhörer 30 eine Hörzone z. B. gemäß den Hörzonen 11, 12 der 1 vorgesehen ist und/oder wenn mehr als zwei Lautsprecher, beispielsweise die in 1 vorgesehenen Lautsprecher 4, 5, 7 und 8 vorgesehen sind.
  • Obwohl in den Figuren lediglich die Funktionen der Crosstalk Cancellation und der Surround-Wiedergabe veranschaulicht wurden, ist klar, dass in einem entsprechenden Tonsystem weitere Komponenten und Funktionen vorgesehen sein können, beispielsweise zur Noise Cancellation ein oder mehrere Mikrofone und eine entsprechende Signalverarbeitungsstufe. Dabei können insbesondere auch Komponenten und Funktionen verwendet werden, die dem Fachmann ansich bekannt sind. Beispielsweise können durch Vorsehen von Filterfunktionen höherer Ordnung Wiedergabeeffekte von nicht originalgetreuen Schallsignalen wie das in 3 gezeigte Signal 49b im rechten Tonkanal, weiter reduziert bzw. völlig kompensiert werden.
  • Die beschriebenen Geräte und Systemkomponenten werden insbesondere mit Computerprogrammen gesteuert und können dazu weitere, an sich bekannte Elemente von Computern und digitalen Steuerungseinrichtungen wie einen Mikroprozessor, flüchtige und nicht flüchtige Speicher, Schnittstellen usw. aufweisen. Die Erfindung kann deshalb auch ganz oder teilweise in Form eines Computerprogrammprodukts realisiert werden, das beim Laden und Ausführen auf einem Computer einen erfindungsgemäßen Ablauf ganz oder teilweise bewirkt. Es kann beispielsweise in Form eines Datenträgers wie einer CD/DVD bereit gestellt werden oder auch in Form einer oder mehrerer Dateien auf einem Server, von dem das Computerprogramm herunter ladbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/0329488 A1 [0003, 0004, 0021]

Claims (10)

  1. Verfahren zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug, bei dem der Innenraum des Fahrzeugs in mehrere Zonen (11, 12) eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Zonen (11, 12) mindestens zwei der Zone zugeordnete Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) vorgesehen sind und dass mittels der Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) eine binaurale Tonwiedergabe erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zone (11, 12) Geräusche von mindestens einer der jeweiligen anderen Zonen (11, 12) zumindest teilweise ausgeblendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblenden mittels eines Crosstalk Cancellation Verfahrens erfolgt, wobei die in der Zone (11, 12) vorgesehenen Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) entsprechend angesteuert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zone (11, 12) jeweils einem Fahrplatz des Fahrzeugs zugeordnet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) von mindestens einer der Zonen (11, 12) in einem dem Fahrplatz der Zone (11, 12) zugeordneten Sitz- und/oder Unfall-Sicherheitselement (3, 6, 23), insbesondere in einer Kopfstütze integriert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kopfbewegungen eines in der Zone (11, 12) befindlichen Passagiers (9, 10, 19) mittels eines Headtracking-Systems, insbesondere mittels einer Kamera, erfasst werden und mittels dabei gebildeter Daten das Ausblenden derart gesteuert wird, dass die Kopfbewegung bei der Tonwiedergabe ausgeglichen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ansteuerung der Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) bestimmten Signale vor dem Zuführen an die Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) mittels mindestens einer Faltungs Head Related Transfer Function verarbeitet werden.
  8. Tonausgabesystem zur zonenbasierten Tonwiedergabe in einem Fahrzeug, bei dem der Innenraum des Fahrzeugs in Zonen (11, 12) eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zone (11, 12) mindestens zwei der jeweiligen Zone (11, 12) zuordenbare Lautsprecher (4, 5, 7, 8, 24, 25) vorgesehen sind und dass eine Steuerung (16, 39) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, dass mit den jeweiligen Lautsprechern (4, 5, 7, 8, 24, 25) eine binaurale Tonwiedergabe in der Zone (11, 12) möglich ist.
  9. Tonausgabesystem nach Anspruch 8, derart eingerichtet, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführbar ist.
  10. Fahrzeug umfassend ein Tonausgabesystem nach Anspruch 8 oder 9.
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