DE102015215049A1

DE102015215049A1 - Audio-System mit zumindest einem Körperschallwandler für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015215049A1
Application number: DE102015215049.6A
Authority: DE
Inventors: Niklas Schmincke; Christian Volkmar
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Audio-System zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals für ein Kraftfahrzeug. Das Audio-System umfasst zumindest einen Lautsprecher zur Wiedergabe des Audio-Quellsignals. Es sind Trägersignal-Generatormittel zur Erzeugung eines Trägersignals und Modulationsmittel zur Modulation des Audio-Quellsignals oder eines davon abhängigen Signals auf das Trägersignal vorhanden. Schließlich ist zumindest ein Körperschallwandler vorgesehen, welcher ein ausgangsseitig der Modulationsmittel vorliegendes Signal wiedergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Audio-System zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen.
Es sind Audio-Systeme für Kraftfahrzeuge bekannt, die neben konventionellen Lautsprechern noch ein oder mehrere Körperschallwandler umfassen, wobei der niederfrequente Anteil eines wiederzugebenden Audio-Quellsignals mittels eines Körperschallwandlers wiedergegeben wird. Dazu wird das Audio-Signal typischerweise mit einem Tiefpassfilter gefiltert. Ein derartiger Körperschallwandler kann beispielsweise in einem Fahrzeugsitz (z. B. in der Sitzfläche oder in der Rückenfläche), insbesondere im Fahrersitz, integriert sein oder an diesen angekoppelt sein, und den Sitz in niederfrequente Schwingungen versetzen, die vom Insassen, insbesondere Fahrer, über den Körper taktil wahrgenommen werden können. Bei dem Körperschallwandler kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Shaker handeln. Beispiele für derartige Audio-Systeme mit Körperschallwandler sind in der deutschen Patentanmeldung 10 2014 214 699.2 der Anmelderin sowie in der Druckschrift DE 10 2011 101 008 A1 beschrieben.
Durch die gängige Tiefpassfilterung des Audio-Quellsignals zur Ausgabe über den Körperschallwandler kann das ursprünglich für die Luftschallwidergabe konzipierte Audio-Quellsignal nur unzureichend in taktil erlebbare Schwingungen überführt werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 036 987 A1 ist es darüber hinaus bekannt, in einem Fahrzeugsitz Körperschall mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, um den Fahrer zu beruhigen, zu vitalisieren oder seine Konzentrationsfähigkeit zu steigern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Audio-System mit einem Körperschallwandler zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals und ein entsprechendes Verfahren zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals bereitzustellen, welches sich durch eine verbesserte taktile Wahrnehmbarkeit des über den Körperschallwandler ausgesandten Signals kennzeichnet, so dass sich in Kombination mit den über den Lautsprechern wiedergegebenen Schwingungen ein für den Hörer verbesserter Wahrnehmungseindruck ergibt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Audio-System zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Audio-Quellsignal handelt es sich vorzugsweise um ein digitales Audio-Quellsignal, beispielsweise ein PCM-Signal (Pulse-Code-Modulation). Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Audio-Quellsignal einer Entertainment-Quelle, beispielsweise eines Radios. Das Audio-Quellsignal kann auch ein Warnsignal eines Fahrerassistenzsystems sein oder einer Überlagerung eines Signals Entertainment-Quelle mit einem Warnsignal entsprechen.
Das Audio-System umfasst zumindest einen Lautsprecher zur Wiedergabe des Audio-Quellsignals. Vor der Wiedergabe über den zumindest einen Lautsprecher wird das Audio-Quellsignal typischerweise verarbeitet, beispielsweise über einen Digital-Analog-Wandler in ein analoges Signal gewandelt und über einen Verstärker verstärkt. Über den zumindest einen Lautsprecher kann ein Luftschallfeld erzeugt werden.
Ergänzend zu dem Luftschallfeld wird bei dem erfindungsgemäßen Audio-System eine Körperschallschwingung erzeugt. Hierzu sind Trägersignal-Generatormittel zur Erzeugung eines typischerweise periodischen Trägersignals mit einer bestimmten Trägerfrequenz vorgesehen, beispielsweise ein Funktionsgenerator. Das Trägersignal ist beispielsweise ein periodisches Sinussignal mit einer bestimmten Trägerfrequenz. Alternativ kann das Trägersignal auch ein periodisches Rechteck-Signal oder ein periodisches Sägezahn-Signal sein.
Es sind Modulationsmittel zur Modulation des Audio-Quellsignals oder eines davon abhängigen Signals auf das Trägersignal vorgesehen. Diese sind vorzugsweise in Software realisiert. Vorzugsweise umfasst das Audio-System Signalverarbeitungsmittel zur Verarbeitung des Audio-Quellsignals und Erzeugung eines Modulationssignals basierend auf dem Audio-Quellsignal. Die Signalverarbeitungsmittel sind vorzugsweise auch in Software realisiert. Beispielsweise werden zur Bestimmung des Modulationssignals mittels eines Filters, z. B. eines Tiefpassfilters, die für Betrieb des Körperschallwandlers unerwünschten Signalanteile des Audio-Quellsignals 2 entfernt, und das resultierende gefilterte Signal wird einer fortlaufenden quadratischen Mittelung über ein gewisses Messzeitintervall unterworfen (z. B. eine Mittelung alle 20 ms). Das resultierende gemittelte Signal kann anschließend einer Dynamikkompression unterworfen werden, wobei das resultierende Signal als Modulationssignal verwendet wird.
Die Modulationsmittel dienen zur Modulation des Modulationssignals (entweder des Audio-Quellsignals oder eines über die Signalverarbeitungsmittel erzeugten von dem Audio-Quellsignal abhängigen Signals) auf das Trägersignal.
Schließlich ist zumindest ein Körperschallwandler vorhanden, welcher ein ausgangsseitig der Modulationsmittel vorliegendes Signal wiedergibt. Ein ausgangsseitig der Modulationsmittel vorliegendes Signal ist beispielsweise das Signal am Ausgang der Modulationsmittel oder ein davon abhängiges Signal weiter hinten in einer Signalverarbeitungskette.
Das erfindungsgemäße Audio-System weist eine deutlich verbesserte taktile Wahrnehmbarkeit des über den Körperschallwandler ausgesandten Signals aus. Die Anregung des Körperschallwandlers über ein moduliertes Trägersignal ist deutlich kraftvoller und prägnanter als die direkte Anregung über die niederfrequenten Anteile des Audio-Signals nach Tiefpassfilterung. Darüber hinaus kann die Trägerfrequenz des Trägersignals an eine etwaig vorhandene Resonanzfrequenz des Körperschallwandlers angepasst werden, beispielsweise in der Weise, dass die Trägerfrequenz des Trägersignals im Wesentlichen der Resonanzfrequenz entspricht. Hierdurch kann die Anregung des Körperschallwandlers noch erhöht werden.
Über eine Signalverarbeitung kann die Energie eines für die Körperschallübertragung relevanten Anteiles des Audio-Signals ermittelt werden, durch einen Kompressor in seiner Dynamik begrenzt und angepasst werden und das resultierende Signal auf ein oder mehrere Trägersignale aufmoduliert werden.
Die Signalverarbeitungsmittel umfassen vorzugsweise ein Filter, insbesondere ein Tiefpass-Filter oder ein Bandpass-Filter, zur Filterung des Audio-Quellsignals oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals. Das zur Modulation verwendete Modulationssignal ist ein ausgangsseitig des Filters vorliegendes Signal. Ein ausgangsseitig des Filters vorliegendes Signal ist beispielsweise das Signal am Ausgang der Filters oder ein davon abhängiges Signal weiter hinten in einer Signalverarbeitungskette.
Durch das Filter können aus dem Signal die für die Anregung des Körperschallwandlers nicht relevanten oder unerwünschten Signalanteile herausgefiltert werden. Zum anderen kann das Signal zur körperschallgerechten Umformung mittels einer Filterbank in Frequenzbänder aufgeteilt werden, wobei die einzelnen Frequenzbänder zur Modulation verschiedener Körperschallwandler verwendet werden können.
Es ist von Vorteil, wenn die Signalverarbeitungsmittel Mittel zur Bestimmung eines gemittelten Signals umfassen, welche eingerichtet sind, die einzelnen Werte des gemittelten Signals durch quadratische Mittelung des Audio-Quellsignals oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals über ein jeweiliges Zeitintervall zu bestimmen. Ein Wert des gemittelten Signals entspricht beispielsweise dem Maß für die Signalenergie in dem jeweiligen Zeitintervall.
Beispielsweise handelt es sich den Signalwerten des gemittelten Signals um sogenannte RMS-Werte (Root-Mean-Square). Ein RMS-Wert entspricht typischerweise der Wurzel aus dem Mittelwert der Quadrate der Signalwerte in dem jeweiligen Zeitintervall. Vorzugsweise ist die zeitliche Auflösung des gemittelten Signals geringer als die zeitliche Auflösung des Signals vor der quadratischen Mittelung, so dass zu hochfrequente Signalanteile in dem Modulationssignal entfernt werden.
Die Verwendung von RMS-Werten ist ein Kompromiss zwischen einer möglichst einfachen Messmethode und einer empfindungsrichtigen Lautheitsermittlung.
Das Modulationssignal entspricht diesem gemittelten Signal oder einem aus diesem gemittelten Signal abgeleiteten Signal.
Beispielsweise sind Kompressionsmittel zur Dynamikkompression des Audio-Quellsignals oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals vorgesehen. Insbesondere dienen die Kompressionsmittel zur Dynamikkompression des gemittelten Signals.
Das Modulationssignal ist in diesem Fall ein ausgangsseitig der Kompressionsmittel vorliegendes Signal. Ein ausgangsseitig der Kompressionsmittel vorliegendes Signal ist beispielsweise das Signal am Ausgang der Kompressionsmittel oder ein davon abhängiges Signal weiter hinten in einer Signalverarbeitungskette.
Durch die Kompressionsmittel wird der Dynamikumfang des am Eingang der Kompressionsmittel vorliegenden Signals verringert. Hierdurch kann bei einem Audio-Quellsignal mit aktuell hohen niederfrequenten Signalanteilen das Modulationssignal gedämpft werden und bei einem Audio-Quellsignal mit aktuell niedrigen niederfrequenten Signalanteilen das Modulationssignal angehoben werden.
Es ist von Vorteil, wenn das Audio-System Mittel zur zeitlichen Verzögerung des über den Lautsprecher wiederzugebenden Signals gegenüber dem über den Körperschallwandler wiederzugebenden Signal umfassen, beispielsweise um eine Verzögerungszeit im Bereich von 20 ms bis 160 ms, insbesondere um eine Verzögerungszeit im Bereich von 40 ms bis 80 ms. Der Hintergrund hierfür ist, dass über das Ohr ein Schallfeldsignal schneller wahrgenommen wird als ein Körperschallsignal über den Körper, d. h. die Hörwahrnehmung ist schneller als die Körperschallwahrnehmung. Um diesen Einfluss zumindest teilweise zu kompensieren, kann ein Signal in der Signalverarbeitungskette zum Lautsprecher verzögert werden. Beispielsweise befindet sich in der Signalverarbeitungskette zum Lautsprecher vor dem Verstärker ein Verzögerungsglied zur Verzögerung des Audio-Signals.
Es können mehrere Körperschallwandler vorgesehen sein, die beispielsweise in den gleichen Fahrzeugsitz integriert sind oder an diesen angekoppelt sind, und die von dem Audio-System angesteuert werden.
Jedes der Körperschallwandler nimmt vorzugsweise ein moduliertes Trägersignal entgegen, wobei vorzugsweise die Trägerfrequenz der einzelnen Trägersignale unterschiedlich ist und/oder die Modulation (d. h. das auf den Träger modulierte Modulationssignal) der Trägersignale unterschiedlich ist.
Es ist vorzugsweise eine Mehrzahl von Modulationsmitteln vorgesehen, wobei jedes Modulationsmittel einem bestimmten Körperschallwandler zugeordnet ist. Bei den Modulationsmitteln handelt es sich vorzugsweise um Software-Blöcke.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Trägersignalgeneratormittel verschiedene Trägersignale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen erzeugen, und jedes der Modulationsmittel jeweils eines der Trägersignale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen verwendet.
Alternativ oder zusätzlich ist es in diesem Fall von Vorteil, wenn das Audio-System eine Filterbank zur Filterung des Audio-Quellsignals oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals und zur Erzeugung mehrerer Signalkomponenten umfasst, wobei die einzelnen Signalkomponenten jeweils ein Frequenzband des gefilterten Signals umfassen, beispielsweise drei Frequenzbänder im Bereich von 20 bis 100 Hz, im Bereich 100 Hz bis 150 Hz und im Bereich 150 Hz bis 200 Hz. Die Frequenzbänder können sich überlappen. Die einzelnen Modulationsmittel der Mehrzahl von Modulationsmittel dienen jeweils zur Modulation einer Signalkomponente oder eines von der jeweiligen Signalkomponente abhängigen Signals auf ein Trägersignal. Jeder Körperschallwandler gibt ein Signal wieder, welches ausgangsseitig der jeweiligen Modulationsmittel vorliegt, die dem jeweiligen Körperschallwandler zugeordnet sind.
Die vorstehend beschriebenen Signalverarbeitungsmittel und Modulationsmittel sind vorzugsweise in Software realisiert, die beispielsweise auf der Head-Unit eines Fahrzeugs abläuft.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals in einem Kraftfahrzeug. Es wird ein Trägersignal erzeugt und das Audio-Quellsignal oder ein davon abhängiges Signal auf das Trägersignal moduliert. Ein resultierendes Signal wird über einen Körperschallwandler wiedergegeben, wohingegen das Audio-Quellsignal – ggf. nach Verarbeitung des Audio-Quellsignals – über einen Lautsprecher wiedergegeben wird.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Audio-System nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Audio-Systems.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Audio-Systems; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Audio-Systems.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Audio-Systems dargestellt, welches der Wiedergabe eines vorzugsweise digitalen Audio-Quellsignals 2 einer Audio-Quelle 1 dient. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel kann um weitere nicht dargestellte Signalverarbeitungsmittel, z. B. Filter, erweitert werden.
Über eine Audiosignal-Quelle 1, einen Verstärker 4 und einen Lautsprecher LS wird ein Luftschallfeld erzeugt. Ergänzend und erweiternd hierzu wird eine an das Luftschallfeld angepasste Körperschallschwingung über den Körperschallwandler KS in Abhängigkeit des Audio-Quellsignals 2 erzeugt. Der Körperschallwandler KS ist vorzugsweise ein sogenannter Shaker, der in einem Fahrzeugsitz, z. B. im Fahrersitz, integriert ist.
Bei dem Audio-Quellsignal 2 handelt es sich beispielsweise um ein Entertainment-Audiosignal (beispielsweise ein Musik-Audiosignal oder ein Radio-Audiosignal) einer Entertainment-Audio-Quelle 1. Das Audio-Quellsignal 2 kann auch von einem Fahrerassistenzsystem, beispielsweise im Fall eines akustischen Warnhinweises, oder von einem Navigationssystem, beispielsweise im Fall eines akustischen Fahrhinweises (z. B. Abbiegehinweis), stammen.
Über den oberen parallelen Pfad wird das Audio-Quellsignal 2 nach einer Signalverarbeitung über einen Lautsprecher LS ausgegeben. Im Rahmen der Signalverarbeitung wird das Signal über ein Verzögerungselement 3 um eine vorgegebene Zeit verzögert, z. B. eine Zeit im Bereich von 40 ms bis 80 ms. Hierdurch soll der Effekt kompensiert werden, dass die Hörwahrnehmung zeitlich schneller stattfindet als die Körperschallwahrnehmung. Ferner ist im Fall eines digitalen Audio-Quellsignals 2 ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen (nicht dargestellt). Außerdem ist ein Verstärker 4 vorhanden, um das resultierende analoge Audio-Signal um einen bestimmten Faktor zu verstärken. Das resultierende analoge Audio-Signal wird einem Lautsprecher LS zugeführt, der das Audio-Signal wiedergibt. Im Beispiel von 1 ist nur ein Lautsprecher LS zur Wiedergabe des Audio-Signals dargestellt; das Audio-Signal kann auch über mehrere Lautsprecher LS wiedergeben werden. Bei einem Stereo-Audio-Signal wird der beschriebene Prozess für beide Kanäle durchgeführt.
Über einen dazu parallelen Pfad wird in Abhängigkeit des Audio-Signals 2 ein Körperschallwandler KS angesteuert. Hierzu wird das Audio-Signal 2 von einer Signalverarbeitung 5 entgegen genommen und in der Signalverarbeitung 5 basierend auf dem Audio-Signal 2 ein Modulationssignal 6 erzeugt.
Bei einem Stereo-Signal kann der beschriebene Prozess der Signalverarbeitung für beide Kanäle getrennt durchgeführt werden. Alternativ kann aus dem Stereo-Signal ein Mono-Signal erzeugt werden, das dann in der Signalverarbeitung 5 verarbeitet wird.
Die Signalverarbeitung 5 umfasst ein Filter 7, insbesondere ein Tiefpass-Filter oder ein Bandpass-Filter, zur Filterung des Audio-Quellsignals 2, um die für den Körperschallwandler nicht relevanten/unerwünschten Signalanteile herauszufiltern. Es handelt sich bei dem Filter 7 beispielsweise um ein Tiefpass-Filter mit einer Grenzfrequenz kleiner als 250 Hz, beispielsweise 100 Hz.
Im RMS-Block 8 wird basierend auf dem gefilterten Signal 15 ein RMS-Signal 9 erzeugt, das den veränderlichen Effektivwert des gefilterten Signals über der Zeit beschreibt. Jeder RMS-Wert des RMS-Signals 9 entspricht beispielsweise der Wurzel aus dem Mittelwert der Quadrate der Signalwerte in dem jeweiligen Mess-Zeitfenster. Das Quadrat des RMS-Werts ist proportional zu der Signal-Energie in dem Mess-Zeitfenster und damit proportional zur Leistung in dem Mess-Zeitfenster.
Ferner ist ein Kompressor 10 vorhanden, der eine Dynamikkompression des RMS-Signals 9 vornimmt. Der Kompressor begrenzt die Werte des RMS-Signals 9 ab einem vordefinierten Schwellwert. Ein nachgelagerter, im Kompressor 10 integrierter Verstärker hebt den Pegel des Signals um den Betrag der Begrenzung der RMS-Spitzenwerte an.
Das Ausgangssignal des Kompressors 10 wird als Modulationssignal 6 einem Modulator 11 zugeführt. Ferner ist ein Funktionsgenerator 14 vorhanden, der ein Trägersignal 12 mit einer definierten Trägerfrequenz erzeugt. Das Trägersignal 12 ist vorzugsweise in seiner Beschaffenheit an eine optimale Schwingungsinteraktion zwischen Körperschallwandler KS, schwingendem Körper und Tastsinn angepasst.
Der Funktionsgenerator 14 liefert das Trägersignal 12 für den Körperschallwandler KS, welches anhand des ermittelten RMS-Signals 9 moduliert wird. Mögliche Trägersignalformen können z. B. Sinus, Rechteck oder Sägezahn sein. Die Trägerfrequenz ist vorzugsweise kleiner als 100 Hz und entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Körperschallwandlers KS.
Der Modulator 11 moduliert im Sinne einer Amplitudenmodulation das Modulationssignal 6 auf das Trägersignal 12. Das Ausgangssignal des Modulators 11 wird anschließend optional gefiltert (nicht dargestellt), beispielsweise um Misch-Produkte etwaiger Oberwellen des Trägersignals zu entfernen, in ein analoges Signal gewandelt (nicht dargestellt) und über einen Verstärker 13 verstärkt.
Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 13 zur Verstärkung des Ansteuersignals des Körperschallwandlers KS und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4 zur Verstärkung des Ansteuersignals des Lautsprechers LS sind vorzugsweise miteinander gekoppelt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 13 wird über den vorzugsweise in einem Fahrzeugsitz untergebrachten Körperschallwandler KS wiedergegeben. Es können auch mehrere Körperschallwandler KS vorgesehen sein, die das modulierte Trägersignal parallel ausgeben.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Audio-Systems dargestellt. Hierbei werden N Körperschallwandler KS₁ bis KS_N verwendet. Über den oberen Pfad wird – wie in 1 – das Audio-Quellsignal 2 nach einer Signalverarbeitung über einen Lautsprecher LS ausgegeben.
Jedem Körperschallwandler KS₁ bis KS_N ist ein Funktionsgenerator 14.1 bis 14.N zugeordnet, welches jeweils ein Trägersignal 12.1 bis 12.N mit jeweils einer Trägerfrequenz erzeugt. Die Trägerfrequenzen sind vorzugsweise unterschiedlich, beispielsweise beträgt bei N = 3 die Trägerfrequenz des Funktionsgenerators 14.1 30 Hz, die Trägerfrequenz des Funktionsgenerators 14.2 50 Hz und die Trägerfrequenz des Funktionsgenerators 14.N 70 Hz.
Ferner sind N Modulatoren 11.1 bis 11.N vorgesehen, wobei jeder der Modulatoren 11.1 bis 11.N einem bestimmten Körperschallwandler KS₁ bis KS_N zugeordnet ist.
Über eine Signalverarbeitung 5' werden N Modulationssignale 6.1 bis 6.N für die N Modulatoren 11.1 bis 11.N erzeugt. Die Signalverarbeitung 5' umfasst eine Filterbank zur Aufteilung des Audio-Quellsignals 2 in N Frequenzkomponenten 15.1 bis 15.N. Beispielsweise umfasst im Fall von N = 3 die Frequenzkomponente 15.1 den Frequenzbereich von ungefähr 20 Hz bis ungefähr 100 Hz, die Frequenzkomponente 15.2 den Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 150 Hz und die Frequenzkomponente 15.3 den Frequenzbereich von ungefähr 150 Hz bis ungefähr 200 Hz.
In dem RMS-Block 8' wird jeweils ein RMS-Signal 9.1 bis 9.N für die einzelnen Frequenzkomponenten 15.1 bis 15.N erzeugt, wie dies bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde.
Die RMS-Signale 9.1–9.N werden einem Kompressionsblock 10' zugeführt, welcher die einzelnen RMS-Signale 9.1 bis 9.N in ihrer Dynamik begrenzt und anpasst. Die resultierenden Modulationssignale 6.1 bis 6.N werden auf die Trägersignale 12.1 bis 12.N mittels der Modulatoren 12.1 bis 12.N moduliert. Ferner sind Verzögerungselemente 16.1 bis 16.N vorhanden, um die resultierenden Signale vor der Ansteuerung der Körperschallwandler KS₁ bis KS_N in unterschiedliche Weise zu verzögern. Bei Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen wird das Körperschallsignal mit der tiefsten Trägerfrequenz vom Fahrzeuginsassen am spätesten wahrgenommen. Um diesen Effekt zumindest teilweise zu kompensieren, wird ein Modulatorausgangssignal umso stärker verzögert, je höher dessen Trägerfrequenz ist. Auf das Verzögerungselement 16.1 kann auch verzichtet werden. Die Verzögerung des Verzögerungselements 3 zur zeitlichen Verzögerung des über den Lautsprecher LS wiederzugebenden Signals wird beispielsweise gemäß der Wahrnehmungszeitdifferenz zwischen dem Körperschallsignal mit der geringsten Trägerfrequenz und dem Lautsprechersignal gewählt.
Die verzögerten Signale werden in analoge Signale gewandelt und mittels der Verstärker 13.1 bis 13.N verstärkt. Die Verstärkungsfaktoren des Verstärker 13.1 bis 13.N und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4 sind vorzugsweise miteinander gekoppelt. Die Ausgangssignale der Verstärker 13.1 bis 13.N werden über die Körperschallwandler KS₁ bis KS_N wiedergegeben.
Bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispielen wurde im Wesentlichen eine digitale Signalverarbeitung verwendet. Alternativ wäre es natürlich denkbar, eine analoge Signalverarbeitung (z. B. analoge Filter und/oder analoge Modulatoren) oder eine gemischte Signalverarbeitung zu verwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Konzept lassen sich über die Modulation eines Trägersignals ein oder mehrere Körperschallwandler anregen. Hierbei wird ein Audiosignal oder ein davon abhängiges Signal auf ein Trägersignal moduliert, welches über ein oder mehrere Körperschallwandler mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen abgespielt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Konzept kann das Audioerlebnis im Luftschallfeld um das Erlebnis mit dem Tastsinn empfundener Schwingungen erweitert werden. Es ergibt sich hier ein verbessertes Klangerlebnis, da die Körperschallschwingungen und der Luftschall in optimaler Weise kombiniert werden. Des Weiteren kann durch eine gute Kopplung des Körperschallwandlers an die Schwingungseigenschaften des Übertragungsmediums eine natürliche Wahrnehmung der Schwingungen gewährleistet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist nicht nur eine Verbesserung des Klangerlebnisses möglich, sondern es auch eine taktile Übertragung von ursprünglich nur auditiven Warnsignalen möglich. Des Weiteren kann eine individuelle Ankopplung an verschiedene Sitzplätze vorgesehen werden, so dass auch die individuelle Beschallung der einzelnen Sitzplätze mit unterschiedlichen Signalen möglich 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

DE 102014214699 [0002]
DE 102011101008 A1 [0002]
DE 102007036987 A1 [0004]

Claims

Audio-System zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – zumindest einen Lautsprecher (LS), – Trägersignal-Generatormittel (14; 14.1–14.N) zur Erzeugung eines Trägersignals (12; 12.1–12.N), – Modulationsmittel (11; 11.1–11.N) zur Modulation des Audio-Quellsignals (2) oder eines davon abhängigen Signals (6; 6.1–6.N) auf das Trägersignal (12; 12.1–12.N) und – zumindest einen Körperschallwandler (KS; KS₁–KS_N), welcher ein ausgangsseitig der Modulationsmittel (11; 11.1–11.N) vorliegendes Signal wiedergibt.
Audio-System nach Anspruch 1, ferner umfassend: – Signalverarbeitungsmittel (5; 5') zur Verarbeitung des Audio-Quellsignals (2) und Erzeugung eines Modulationssignals (6; 6.1–6.N) basierend auf dem Audio-Quellsignal (2), wobei die Modulationsmittel (11; 11.1–11.N) zur Modulation des Modulationssignals (6; 6.1–6.N) auf das Trägersignal (12; 12.1–12.N) dienen.
Audio-System nach Anspruch 2, wobei die Signalverarbeitungsmittel (5; 5') umfassen: – ein Filter (7; 7'), insbesondere ein Tiefpass-Filter oder ein Bandpass-Filter, zur Filterung des Audio-Quellsignals (2) oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals, wobei das Modulationssignal (6; 6.1–6.N) ein ausgangsseitig des Filters (7; 7') vorliegendes Signal ist.
Audio-System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Signalverarbeitungsmittel (5; 5') umfassen: – Mittel (8; 8') zur Bestimmung eines gemittelten Signals (9; 9.1–9.N), welche eingerichtet sind, die einzelnen Werte des gemittelten Signals durch quadratische Mittelung des Audio-Quellsignals oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals (15; 15.1–15.N) über ein jeweiliges Zeitintervall zu bestimmen, wobei das Modulationssignal (6; 6.1–6.N) diesem gemittelten Signal (9; 9.1–9.N) oder einem aus diesem gemittelten Signal abgeleiteten Signal entspricht.
Audio-System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Signalverarbeitungsmittel (5; 5') umfassen: – Kompressionsmittel (10; 10') zur Dynamikkompression des Audio-Quellsignals (2) oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals (9; 9.1–9.N), wobei das Modulationssignal (6; 6.1–6.N) ein ausgangsseitig der Kompressionsmittel (10; 10') vorliegendes Signal ist.
Audio-System nach auf Anspruch 4 rückbezogenem Anspruch 5, wobei die Kompressionsmittel (10; 10') zur Dynamikkompression des gemittelten Signals (9; 9.1–9.N) dienen.
Audio-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Mittel (3) zur zeitlichen Verzögerung des über den Lautsprecher (LS) wiederzugebenden Signals.
Audio-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mehrere Körperschallwandler (KS₁–KS_N) umfasst, wobei die einzelnen Körperschallwandler (KS₁–KS_N) jeweils ein moduliertes Trägersignal entgegen nehmen.
Audio-System nach Anspruch 8, wobei die Trägerfrequenz der einzelnen Trägersignale unterschiedlich ist und/oder die Modulation der Trägersignale unterschiedlich ist.
Audio-System nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei – eine Mehrzahl von Modulationsmitteln (11-1–11.N) vorgesehen ist, wobei jedes Modulationsmittel einem Körperschallwandler (KS₁-KS_N) zugeordnet ist, – das Audio-System eine Filterbank (7') zur Filterung des Audio-Quellsignals (2) oder eines davon abgeleiteten Audio-Signals und zur Erzeugung mehrerer Signalkomponenten (15.1–15.N) umfasst, wobei die einzelnen Signalkomponenten (15.1–15.N) jeweils ein Frequenzband des gefilterten Signals umfassen, – die einzelnen Modulationsmittel (11-1–11.N) der Mehrzahl von Modulationsmittel jeweils zur Modulation einer Signalkomponente (15.1–15.N) oder eines von der jeweiligen Signalkomponente abhängigen Signals (6.1–6.N) auf ein Trägersignal (12.1–12.N) dienen, und – jeder der Körperschallwandler (KS₁–KS_N) ein Signal wiedergibt, welches ausgangsseitig der jeweiligen Modulationsmittel vorliegt, die dem jeweiligen Körperschallwandler (KS₁–KS_N) zugeordnet sind.
Audio-System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei – eine Mehrzahl von Modulationsmitteln (11-1–11.N) vorgesehen ist, wobei jedes Modulationsmittel einem bestimmten Körperschallwandler (KS₁–KS_N) zugeordnet ist, – die Trägersignalgeneratormittel (14.1–14.N) verschiedene Trägersignale (12.1–12.N) mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen erzeugen, und – jedes Modulationsmittel (11-1–11.N) der Mehrzahl von Modulationsmittel jeweils eines der Trägersignale (12.1–12.N) zur Modulation entgegennimmt.
Audio-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperschallwandler (KS; KS₁–KS_N) in einem Fahrzeugsitz integriert ist oder an diesen angekoppelt ist.
Audio-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperschallwandler (KS; KS₁–KS_N) eine Resonanzfrequenz aufweist und die Trägerfrequenz des Trägersignals (12; 12.1–12.N) im Wesentlichen der Resonanzfrequenz entspricht.
Verfahren zur Wiedergabe eines Audio-Quellsignals (2) in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: – Erzeugen eines Trägersignals (12; 12.1–12.N); – Modulieren des Audio-Quellsignals (2) oder eines davon abhängigen Signals (6; 6.1–6.N) auf das Trägersignal; und – Wiedergeben eines resultierenden Signals über einen Körperschallwandler (KS; KS₁–KS_N) und Wiedergeben des Audio-Quellsignals (2) über einen Lautsprecher (LS).