DE102016103331A1

DE102016103331A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016103331A1
Application number: DE102016103331.6A
Authority: DE
Inventors: Bertrand Stelandre; Alexander van Laack; Axel Torschmied
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170251324A1; JP2017153083A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs (4). Die Vorrichtung (1) weist mindestens eine Audioquelle und mindestens einen Lautsprecher (3a–3i) zum Aussenden von Audiosignalen auf. Die Vorrichtung (1) ist als ein objektbasiertes Klangsystem mit mindestens einem Signalprozessor ausgebildet und zum Erzeugen von mindestens einem virtuellen Klangobjekt (2, 2a–2i) derart konfiguriert, die mindestens eine Audioquelle als virtuelles Klangobjekt (2, 2a–2i) zu erzeugen und frei im Fahrgastraum anzuordnen sowie abhängig von Richtung und Entfernung im dreidimensionalen Raum wiederzugeben und die Position des virtuellen Klangobjekts (2, 2a–2i) dynamisch zu verändern.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Wiedergabe von Audiosignalen mit mindestens einem virtuellen Klangobjekt (2, 2a–2i) in einem Kraftfahrzeug (4) mit einer Vorrichtung (1) mit mindestens einer Audioquelle und mindestens einem Lautsprecher (3a–3i) zum Aussenden von Audiosignalen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs, mindestens eine Audioquelle und mindestens einen Lautsprecher zum Aussenden von Audiosignalen auf. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Wiedergabe von Audiosignalen mit mindestens einem virtuellen Klangobjekt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen werden Mehrfachtonkanäle zu Stereoklängen, das heißt zu Raumklängen, zusammengemischt und für den Zuhörer ausgestrahlt. Dabei entsteht ein ausgesteuerter Geräuschmix, welcher zwar einen pseudo räumlichen Klang aber kein wirkliches Gefühl von Raum und Ortbarkeit der Signale erzeugt. Im Kraftfahrzeug werden Audiosignale, beispielsweise Sprachinformationen eines Navigationssystems, eines Telefons oder eines Radios, beziehungsweise Musik, von einer zentralen Stelle ausgesendet. Da Menschen als Zuhörer dazu neigen, während einer Unterhaltung mit dem Sprechenden Blickkontakt aufzunehmen, wird der Blick des Fahrers des Kraftfahrzeugs zum Sprechenden und damit zur zentralen, die Audiosignale aussendenden Stelle gerichtet. Dadurch wird die Aufmerksamkeit des Fahrers eingeschränkt. Der Fahrer, insbesondere sein Blick, wird von der Fahrbahn abgelenkt. Zudem ist es äußerst schwierig, Mehrfachtonkanäle zu unterscheiden, welche zu Stereoklängen zusammengemischt wurden.
Aus der US 7,970,539 A1 gehen ein Verfahren zur Stimmführung und ein System zur Navigation mit einem dreidimensionalen Klang mit einer Richtungscharakteristik für ein Kraftfahrzeug hervor. Das Verfahren umfasst das Ermitteln der Fahrtrichtung und der auf Navigationsdaten beruhenden Zielrichtung des Kraftfahrzeugs, die Berechnung eines Winkels zwischen der Fahrtrichtung und der Zielrichtung sowie das Erzeugen eins dreidimensionalen Richtungsleitklanges. Das System weist dabei einen mit einer Lautsprechereinheit gekoppelten Sprachleitprozessor mit einer Einheit zur Erzeugung des dreidimensionalen Klangs auf. Das Aussenden des dreidimensionalen Klangs beruht auf einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion, kurz als HRTF für „head related transfer function“ bezeichnet, als einer speziellen akustischen Übertragungsfunktion und der genauen Position des Kopfs des Fahrers des Kraftfahrzeugs.
In der US 8,948,414 B2 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aussenden akustischer Signale für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs offenbart, welcher empfindet, dass die akustischen Signale von einem Klangssystem ausgesendet werden, welches in Blickrichtung beziehungsweise in Fahrtrichtung angeordnet ist. Der Fahrer interagiert dabei mit der Audioquelle, ohne den Kopf zu bewegen. Die Position des Kopfes wird mittels im Fahrersitz angeordneter Sensoren und einer digitalen Kamera ermittelt. Die mit den Sensoren und der Kamera ermittelten Daten, insbesondere der Position des Kopfes des Fahrers, werden gemeinsam mit den akustischen Daten des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs genutzt, um eine akustische Übertragungsfunktion für die Lautsprecher abzuleiten und eine virtuelle Klangquelle zu simulieren.
Die kopfbezogene akustische Übertragungsfunktion HRTF basiert auf der Verwendung von zwei Lautsprechern, verschiedensten Koordinaten des Klangraums, wie der Begrenzung und der Ausgestaltung des Fahrgastraums, der Zeitdifferenz und dem Höhenunterschied zwischen den Ohren des Fahrers sowie der äußeren Form der Ohren. Der Kopf des Fahrers ist dabei exakt zu bestimmen. Mit der kopfbezogenen akustischen Übertragungsfunktion HRTF wird ein beidohriger Effekt erzeugt, um eine virtuelle Klangquelle zu simulieren.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme und Verfahren sind sehr komplex und erfordern einen hohen technischen Aufwand, auch um die Position des Kopfs des Fahrers genau zu bestimmen, da die räumliche Wiedergabe des Klangs nur dann korrekt ist, wenn Kopf des Fahrers exakt bestimmt wird. Zudem werden bei den herkömmlichen Systemen lediglich Einzelgeräusche dargestellt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Kraftfahrzeug. Dabei soll die Vorrichtung mehrere Klangquellen, auch als Klangobjekte bezeichnet, frei im Fahrgastraum positionieren sowie deren Positionen dynamisch verändern können. Die Anordnung der Klangquelle soll unabhängig vom Kopf des Fahrers und damit auch unabhängig von der veränderbaren Position des Kopfs sein. Die Vorrichtung soll mit minimalem Aufwand herstellbar sein, eine minimale Anzahl an Komponenten aufweisen und lediglich minimale Kosten verursachen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Vorrichtung weist mindestens eine Audioquelle und mindestens einen Lautsprecher zum Aussenden von Audiosignalen auf.
Nach der Konzeption der Erfindung ist die Vorrichtung als ein objektbasiertes Klangsystem mit mindestens einem Signalprozessor ausgebildet und zum Erzeugen von mindestens einem virtuellen Klangobjekt derart konfiguriert, die mindestens eine Audioquelle als virtuelles Klangobjekt zu erzeugen und frei im Fahrgastraum anzuordnen sowie abhängig von Richtung und Entfernung im dreidimensionalen Raum wiederzugeben und die Position des virtuellen Klangobjekts dynamisch zu verändern.
Mit der Vorrichtung können Audioquellen räumlich wiedergegeben werden, sodass den Insassen, insbesondere dem Fahrer, des Kraftfahrzeugs der Eindruck vermittelt wird, die jeweiligen Audiosignale der Audioquellen werden jeweils von einem bestimmten Punkt der Umgebung ausgesendet, welcher dynamisch und situationsabhängig veränderbar ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrgastraum Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung derart konfiguriert, eine Vielzahl virtueller Klangobjekte separat zu erzeugen und jeweils frei im Fahrgastraum anzuordnen sowie abhängig von Richtung und Entfernung im dreidimensionalen Raum wiederzugeben und die Positionen der virtuellen Klangobjekte unabhängig voneinander dynamisch zu verändern. Unter einer Vielzahl von Klangobjekten sind mindestens zwei Klangobjekte zu verstehen.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Wiedergabe von Audiosignalen mit mindestens einem virtuellen Klangobjekt in einem Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung mit mindestens einer Audioquelle und mindestens einem Lautsprecher zum Aussenden von Audiosignalen gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

– Empfangen und Verarbeiten von Audio-Informationen mindestens einer Audioquelle sowie
– Zerlegen der Audio-Informationen mittels mindestens eines Signalprozessors zum Erzeugen mindestens eines virtuellen Klangobjekts basierend auf einem Gesamtsystem,
– räumliches Wiedergeben des Audiosignals, wobei das mindestens eine Klangobjekt im dreidimensionalen Klangraum angeordnet wird und multiple räumliche Klangwellen für das mindestens eine Klangobjekt nachgebildet werden.

Das Verfahren dient vorteilhaft zum Nachbilden multipler räumlicher Klangwellen für eine Vielzahl virtueller Klangobjekte, welche im dreidimensionalen Raum unterschiedlich angeordnet sind. Unter einer Vielzahl sind mindestens zwei Klangobjekte zu verstehen. Alternativ ist ebenfalls eine Vielzahl externer Audioquellen, das heißt mindestens zwei Audioquellen, zu betrachten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren mit einer Vorrichtung mit Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs, folgende weitere Schritte auf:

– Empfangen von Daten zur Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) mittels Sensoren sowie
– Extrahieren und Verarbeiten der von den Sensoren erfassten Daten zum Beurteilen und Einbeziehen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) in das Gesamtsystem und
– Setzen der zerlegten Audio-Informationen in Bezug zu den von den Sensoren empfangenen Daten der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4).

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung berechnet der mindestens eine Signalprozessor unter Einbeziehung des mindestens einen Klangobjekts und akustischer Eigenschaften eines Klangraums ein individuelles Audiosignal für jeden Lautsprecher. Der Signalprozessor errechnet die Audiosignale für jeden Lautsprecherkanal vorteilhaft derart, dass die Audiosignale als Summensignal dem Schallfeld einer virtuellen Punktaudioquelle entsprechen. Der Signalprozessor überführt die Daten der virtuellen Audioquelle in diskrete Audiokanäle der Lautsprecher um die Audioquelle kanalunabhängig exakt zu reproduzieren. Die Pegel werden automatisch dynamisch vom Signalprozessor erzeugt. Dabei wird eine spezifische technische Einschränkung eines kanalbasierten Systems und damit die Ausbildung eines optimalen Hörbereichs, bei welchem lediglich an einem bestimmten Ort relativ zu den Lautsprechern die räumliche Reproduktion des Audiosignals korrekt ist, vermieden.
Der mindestens eine Signalprozessor berechnet die individuellen Audiosignale für jeden Lautsprecher vorteilhaft unter Einbeziehung der Daten der Umgebung des Kraftfahrzeugs.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung beruht das Nachbilden der multiplen räumlichen Klangwellen für das mindestens eine Klangobjekt auf einem Berechnungsalgorithmus. Der Berechnungsalgorithmus basiert vorteilhaft auf einer Wellenfeldsynthese.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass beim räumlichen Wiedergeben von Audiosignalen Klangobjekte durch andere Klangobjekte ersetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Daten zur Umgebung des Kraftfahrzeugs Daten zum Bestimmen der Position, der Fahrtrichtung und des Typs des Kraftfahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Wiedergabe und zum Reproduzieren von Audiosignalen in einem Kraftfahrzeug weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

– verschiedene Audioquellen sind an der Reproduktionsstelle unterscheidbar,
– jedem eingehenden Audiosignal kann eine virtuelle Audioquelle zugeordnet werden, welche getrennt voneinander reproduziert werden,
– jede Audioquelle kann gleichzeitig und unabhängig voneinander bewegt und über ein klassisches Mischen von Audioquellen auf die Ausgabekanäle hinaus eine dynamische Interaktion gestaltet werden, in welcher Klangobjekte durch Verschieben und/oder Einblenden und Ausblenden aktiv oder präsent werden,
– die Eigenschaften der Klangobjekte beziehungsweise die Attribute der Audioquellen sind auf der Reproduktionsseite modifizierbar,
– die Audioquellen können vollständig auf der Reproduktionsseite räumlich unterschieden werden,
– durch Zuführen von Sensordaten kann ein räumlich korrektes akustisches und abstraktes Abbild der Umgebung des Kraftfahrzeugs erstellt werden, die Klangobjekte können über akustische Signale dargestellt werden,
– mehrere Klangobjekte sind im freien Raum platzierbar, wobei die Schallquellen derart reproduziert werden, als wären die Klangobjekte in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Entfernungen vom Empfänger angeordnet, ohne jeweils einen Klangobjekt spezifischen optimalen Hörbereich zu erzeugen,
– keine kopfbezogene akustische Übertragungsfunktion HRTF und damit kein exaktes Bestimmen des Kopfs des Fahrers notwendig, da die Schallwellen vermeintlich außerhalb des von den Lautsprechern umgebenen Klangraums und für jeden einzelnen Fahrgast innerhalb des Fahrgastraums am Ort des virtuellen Klangobjekts erzeugt werden,
– Zuhörer, insbesondere Fahrer des Kraftfahrzeugs, kann sehr leicht zwischen verschiedenen Audioquellen unterscheiden, sich auf eine spezielle Audioquelle aller spezielle Audioquellen konzentrieren, ähnlich der Zweiohrigkeit mit einem Kopfhörer,
– mündliche Interaktion wird in einen bevorzugten Blickbereich des Fahrers gerichtet, um die Aufmerksamkeit auf die aktuelle Fahrsituation und die Straße aufrecht zu erhalten,
– Vergrößern des optimalen Hörbereichs sowie
– Einblenden einzelner Klangobjekte möglich, wobei andere Klangobjekte ausgeblendet werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1a: eine Basis einer allgemeinen Funktionsweise einer Vorrichtung zur Wiedergabe von Audiosignalen als ein objektbasiertes Klangsystem mit einer Anordnung von Lautsprechern und einem virtuellen Klangobjekt innerhalb eines Koordinatensystems sowie einen Verlauf eines Audiosignals,
1b: eine Anordnung von Lautsprechern eines objektbasierten Klangsystems in einem Kraftfahrzeug,
2: eine Darstellung der Ausbreitung von Schallwellen zweier unterschiedlicher Klangobjekte anhand der Wellenfeldsynthese,
3: das Fließbild eines Verfahrens zur Wiedergabe von Audiosignalen mit virtuellen Klangobjekten,
4a bis 4f: Anwendungsbeispiele des Verfahrens zur Wiedergabe von Audiosignalen durch das objektbasierte Klangsystem mit virtuellen Klangobjekten für das Kraftfahrzeug.
In 1a ist eine Basis einer allgemeinen Funktionsweise einer Vorrichtung 1 zur Wiedergabe von Audiosignalen, welche auch als ein objektbasiertes Klangsystem 1 bezeichnet wird, gezeigt. Das zum Erzeugen von mindestens einem virtuellen Klangobjekt 2 ausgebildete Klangsystem 1 weist eine Anordnung von Lautsprechern 3a, 3b, 3c auf, welche zusammen mit dem virtuellen Klangobjekt 2 innerhalb eines Koordinatensystems mit den Koordinaten x, y dargestellt sind. Das virtuelle Klangobjekt 2 wird auch als virtuelle Audioquelle bezeichnet. Die jeweils neben der y-Achse des Koordinatensystems angeordneten Lautsprecher 3a, 3c könnten beispielsweise als rechter und linker Frontlautsprecher innerhalb eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Der auf der y-Achse des Koordinatensystems angeordnete Lautsprecher 3b wäre dann als Center-Lautsprecher zu betrachten, welcher auf einer Mittelachse des Kraftfahrzeugs positioniert ist. Die y-Achse und die Mittelachse des Kraftfahrzeugs sind deckungsgleich. In diesem Fall ist das virtuelle Klangobjekt 2 mit den Koordinaten x_S, y_S auf der Fahrerseite, beispielsweise in einer Blickrichtung des Fahrers, angeordnet. Innerhalb des Klangsystems 1 werden Audiosignale erzeugt und von den Lautsprechern 3a, 3b, 3c wiedergegeben. Das Audiosignal ist anhand der Amplitude abhängig von der Zeit in einem Diagramm dargestellt. Neben der zeitabhängigen Amplitude des Audiosignals, welches dem virtuellen Klangobjekt 2 zugeordnet ist, werden innerhalb der Vorrichtung 1 die zum Audiosignal zugehörigen Dateninformationen, auch als Metadaten bezeichnet, wie die Position des virtuellen Klangobjekts 2 anhand der Koordinaten x_S, y_S, der Pegel, der Frequenzgang, die Audioquelle und der Phasenbezug zu anderen Audiosignalen verarbeitet.
1b zeigt eine Anordnung von Lautsprechern 3a bis 3l eines objektbasierten Klangsystems 1 in einem in Fahrtrichtung 5 bewegten Kraftfahrzeug 4. Dabei sind zwei Lautsprecher 3b, 3l als Center-Lautsprecher und jeweils fünf Lautsprecher 3a, 3c–3g, 3h–3k als Seitenlautsprecher ausgebildet. Der als Frontlautsprecher ausgebildete Lautsprecher 3b und der als Rücklautsprecher ausgebildete Lautsprecher 3k sind auf einer Mittelachse des Kraftfahrzeugs 4 angeordnet. In 1b sind zwei unterschiedliche virtuelle Klangobjekte 2a, 2b dargestellt, welche zum einen in Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 vorn rechts und hinten links positioniert sind. Die jeweiligen Audiosignale der virtuellen Klangobjekte 2a, 2b werden im Wesentlichen von den seitlich vorn rechts und seitlich hinten links angeordneten Lautsprechern 3c, 3k ausgesendet. Der Fahrer nimmt die Audiosignale aus den angegebenen Richtungen wahr.
Mit dem objektbasierten Klangsystem 1 können raumbezogene Informationen verschiedener Klänge und Schallwellen separat verarbeitet sowie verschiedene Klangobjekte 2a, 2b separat erzeugt werden. Die Klangobjekte 2a, 2b können unabhängig voneinander im Raum angeordnet werden. Mit Hilfe eines Berechnungsalgorithmus werden die virtuellen Klangobjekte 2a, 2b in Echtzeit zerlegt und je nach Anwendung innerhalb oder außerhalb des Fahrgastraums angeordnet. Dabei ist eine Anpassung des Klanges an die jeweiligen Parameter des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Fahrgastraums, möglich.
Für jedes Klangobjekt 2a, 2b können, beispielsweise mittels Wellenfeldsynthese oder eines anderen Berechnungsalgorithmus, sich räumlich ausbreitende Schallwellen erzeugt werden. Damit wird jedem einzelnen Zuhörer ermöglicht, jedes Klangobjekt 2a, 2b zu separieren und sich auf jedes Klangobjekt 2a, 2b zu konzentrieren.
Aus den 2a bis 2c geht die Darstellung der Ausbreitung der Schallwellen zweier unterschiedlicher Klangobjekte 2a, 2b anhand der Wellenfeldsynthese hervor. Die Wellenfeldsynthese ist ein räumliches Audiowiedergabeverfahren und dient dem Bereitstellen virtueller akustischer Umgebungen. Bei der Wellenfeldsynthese werden Wellenfronten 8a, 8b erzeugt, welche von einem virtuellen Klangobjekt 2a, 2b ausgehen. Die akustische Lokalisation der virtuellen Klangobjekte 2a, 2b ist dabei weder von der Position des Zuhörers noch von psychoakustischen Effekten abhängig.
Bei der Wellenfeldsynthese wird jede Wellenfront 8a, 8b als eine Überlagerung von Elementarwellen 7a, 7b betrachtet, welche sich in einem Klangraum 9 ausbreiten. Dabei ist jeder Punkt einer Wellenfront 8a, 8b ein Ausgangspunkt einer Elementarwelle 7a, 7b. Aus den Elementarwellen 7a, 7b lässt sich jede beliebige Wellenfront 8a, 8b synthetisieren. Elementarwellen 7a, 7b entstehen beispielsweise an einer zwischen einer Schallquelle oder Klangquelle und einem Zuhörer als Empfänger des Schalls angeordneten perforierten Wand als Abschnitt einer Begrenzung 10 des Klangraums 9. An der perforierten Wand wird die Wellenfront 8a, 8b in Elementarwellen 7a, 7b gebrochen. Nach dem Durchdringen der Wand vereinigen sich Elementarwellen 7a, 7b wieder zu einer Wellenfront 8a, 8b. Die zu einer Wellenfront 8a, 8b eines beliebigen virtuellen Klangobjekts 2a, 2b gehörenden Elementarwellen 7a, 7b werden anhand von komplexen mathematischen Verfahren berechnet. Die zu synthetisierende Wellenfront 8a, 8b wird dabei mit Hilfe eines Signalprozessors, kurz auch als Renderer bezeichnet, in eine den Wiedergabebedingungen entsprechende Anzahl von Elementarwellen 7a, 7b zerlegt. Über eine Vielzahl von Kanälen und unterschiedlich angesteuerte Lautsprecher können Elementarwellen 7a, 7b erzeugt werden, welche beliebige Wellenfronten 8a, 8b synthetisieren. Dabei können alle Lautsprecher aktiv sowie identisch ausgebildet sein und den vollständigen hörbaren Frequenzbereich bestreichen. Jeder Lautsprecher kann mit einem separaten Verstärker und gegebenenfalls auch mit einem separaten digitalen Signalprozessor ausgebildet sein. Der Signalprozessor berechnet unter Einbeziehung der virtuellen Klangobjekte 2a, 2b, der akustischen Eigenschaften des Klangraums 9 sowie der Daten der Umgebung des Kraftfahrzeugs ein entsprechend individuelles Audiosignal für jeden einzelnen Lautsprecher.
Die virtuellen Klangobjekte 2a, 2b beziehungsweise die Schallquellen, welche das Signal der zugehörigen Kanäle wiedergeben, können außerhalb des Klangraums 9 als Wiedergaberaum angeordnet sein. Die Anordnung außerhalb des Klangraums 9 verringert den Einfluss der Position des Zuhörers, da die relativen Änderungen von Einfallswinkel und Pegel deutlich geringer sind als bei den nahe gelegenen Lautsprechern 3a bis 3l. Damit wird der optimale Hörbereich erweitert, welcher sich über den gesamten Klangraum 9, insbesondere den gesamten Fahrgastraum, erstrecken kann.
3 zeigt das Fließbild eines Verfahrens zur Wiedergabe von Audiosignalen mit virtuellen Klangobjekten 2a, 2b. Das Verfahren basiert dabei auf der Verarbeitung von Informationen externer Audioquellen, wie Informationen eines Navigationssystems, eines Mobiltelefons, eines Radios, eines Sprachassistenten, bezüglich einer Telefonkonferenz oder einer internen Kommunikation, sowie Daten zur Umgebung des Kraftfahrzeugs. Bei einer Telefonkonferenz werden beispielsweise die externen Teilnehmer durch virtuelle Soundobjekte repräsentiert. Bei einer internen Kommunikation kommunizieren die Insassen, insbesondere der Fahrer und ein Beifahrer, über ein internes System miteinander. Dabei kann zum Beispiel die Stimme einer im hinteren Bereich platzierten Person auch mit einem Videobild im vorderen Bereich überlagert werden oder von der tatsächlichen Position des Beifahrers erklingen und verstärkt werden.
Die Informationen der externen Audioquellen umfassen zum Beispiel den zeitlichen Verlauf der Amplitude des Audiosignals und die zum Audiosignal zugeordneten Metadaten, wie den Pegel oder den Frequenzgang.
Die Vorrichtung 1 weist Sensoren zum Erkennen und Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs auf. Die von den Sensoren erfassten Daten werden zum Beurteilen und Einbeziehen der Umgebung des Kraftfahrzeugs in ein Gesamtsystem extrahiert und verarbeitet. Dabei werden beispielsweise Daten zum Bestimmen der Position, der Fahrtrichtung oder des Typs des Kraftfahrzeugs herangezogen.
Die Audio-Informationen der externen Audioquellen werden innerhalb eines Audio-HMI-Renderers zum Erzeugen eines virtuellen Klangobjekts 2a, 2b, basierend auf dem Gesamtsystem, zerlegt. Unter HMI ist dabei eine Mensch-Maschine-Benutzerschnittstelle (englisch: human-machine-interface) zu verstehen. Anschließend wird das zerlegte virtuelle Klangobjekt 2a, 2b innerhalb der Vorrichtung 1 in Bezug zu den von den Sensoren empfangenen Daten gesetzt. Das Audiosignal wird abschließend mittels des objektbasierten Klangsystems 1 räumlich wiedergegeben.
In den 4a bis 4f sind Anwendungsbeispiele des Verfahrens zur Wiedergabe von Audiosignalen durch das objektbasierte Klangsystem 1 mit virtuellen Klangobjekten 2c bis 2i für das Kraftfahrzeug 4 gezeigt.
In 4a ist das virtuelle Klangobjekt 2c in Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 vor dem Kraftfahrzeug 4 vorn rechts angeordnet. Aus der angegebenen Richtung nehmen die Fahrzeuginsassen, insbesondere der Fahrer, die Audiosignale wahr. Das virtuelle Klangobjekt 2c wird dabei beispielsweise als Stimme eines Teilnehmers eines Telefongesprächs mit einem der Fahrzeuginsassen, als Stimme zur Ausgabe von Verkehrsinformationen oder von Informationen eines Navigationssystems wiedergegeben. Die Stimme des virtuellen Klangobjekts 2c wird im Wesentlichen von dem seitlich vorn rechts angeordneten Lautsprecher 3c und dem vorderen Center-Lautsprecher 3b ausgesendet.
Im Unterschied zur Anwendung aus 4a ist beim Anwendungsbeispiel gemäß 4b hinter dem Fahrgastraum ein zusätzliches virtuelles Klangobjekt 2d angeordnet, welches beispielsweise Audiosignale zur Wiedergabe von Musik aussendet. Während im Frontbereich als virtuelles Klangobjekt 2c eine Stimme zur Wiedergabe von Informationen oder zu einem Gespräch erklingt, wird im hinteren Bereich des Fahrgastraums Musik abgespielt. Die Stimme des virtuellen Klangobjekts 2c scheint im Wesentlichen von den seitlich vorn rechts und vorn links angeordneten Lautsprechern 3a, 3c sowie dem vorderen Center-Lautsprecher 3b ausgesendet zu werden, während scheint, dass die Musik des virtuellen Klangobjekts 2d im Wesentlichen von den seitlich hinten rechts und hinten links angeordneten Lautsprechern 3g, 3k sowie dem hinteren Center-Lautsprecher 3l ausgesendet wird. Die Wellenanteile werden jedoch von allen Lautsprechern 3a bis 3l ausgesendet, um das entsprechende Klangbild zu erreichen.
In 4c sind drei virtuelle Klangobjekte 2e, 2f, 2g in Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 vor dem Kraftfahrzeug 4 verteilt und beabstandet zueinander angeordnet. Die virtuellen Klangobjekte 2e, 2f, 2g werden dabei beispielsweise als Stimmen von Teilnehmern einer Telefonkonferenz oder Audiosignale einer Musikband wiedergegeben. Mit dem objektbasierten Klangsystem 1 ist eine Telefonkonferenz nachbildbar, welche auf einer Datenübertragung per Internetprotokoll beruht. Beim Zuführen von mehreren Audioquellen einer Telefonkonferenz kann jeder Teilnehmer als separate Audioquelle reproduziert werden. Dabei kann die Räumlichkeit vorteilhaft für jeden Sprecher korrekt und vollständig an jeder Stelle im Kraftfahrzeug reproduziert werden, was dem Hörer ermöglicht, sich auf einzelne Audioquellen zu konzentrieren und deren Inhalte zu unterscheiden.
Beim objektbasierten Abspielen der Musik, wie in einer Bühnenaufstellung der Band, nimmt der Fahrer die genauen Postionen der Bandmitglieder und Instrumente, wie einen Gitarristen mit Gitarre, einen Sänger und einen Schlagzeuger mit Schlagzeug, wahr. Die Mitglieder der Telefonkonferenz oder der Musikband sind als virtuelle Klangobjekte 2e, 2f, 2g im Wesentlichen von den seitlich vorn rechts und seitlich vorn links angeordneten Lautsprechern 3a, 3c und dem vorderen Center-Lautsprecher 3b wahrzunehmen und werden damit scheinbar im Frontbereich des Fahrgastraums ausgesendet.
Im Unterschied zur Anwendung aus 4c ist beim Anwendungsbeispiel gemäß 4d hinter dem Fahrgastraum ein zusätzliches virtuelles Klangobjekt 2h angeordnet, welches beispielsweise als Stimme des Sängers der Musikband aussendet wird. Während im Frontbereich über die virtuellen Klangobjekte 2e, 2g weiterhin der Gitarrist mit der Gitarre und der Schlagzeuger mit dem Schlagzeug wahrnehmbar ist, wird die Stimme des Sängers scheinbar im hinteren Bereich des Fahrgastraums abgespielt. Beim objektbasierten Abspielen von Audiosignalen können bestimmte Klangobjekte 2f durch andere Klangobjekte, insbesondere auch Audiosignale anderer Audioquellen, ersetzt werden. Im Anwendungsbeispiel aus 4d wird beispielsweise die Stimme des Sängers der Band durch eine Stimme des Navigationssystems, zur Wiedergabe von Verkehrsinformationen oder eines Teilnehmers an einem Telefongespräch ersetzt, während die anderen Postionen der Bandmitglieder und Instrumente unverändert bleiben. Der Sänger wird durch das virtuelle Klangobjekt 2h im hinteren Bereich des Fahrgastraums wahrgenommen.
In 4e ist ein virtuelles Klangobjekt 2i in Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 vor dem Kraftfahrzeug 4 vorn rechts angeordnet. Das virtuelle Klangobjekt 2i wird dabei beispielsweise als Stimme eines Navigationssystems wiedergegeben, welche aus einer anzunehmenden beziehungsweise vom Navigationssystem vorgeschlagenen und damit einer bevorstehenden Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 erklingt. Die Stimme des virtuellen Klangobjekts 2i scheint im Wesentlichen von dem seitlich vorn rechts angeordneten Lautsprecher 3c und dem vorderen Center-Lautsprecher 3b ausgesendet zu werden.
Im Unterschied zur Anwendung aus 4e ist beim Anwendungsbeispiel gemäß 4f vor dem Fahrgastraum ein zusätzliches virtuelles Klangobjekt 2j angeordnet, welches beispielsweise Audiosignale zur Wiedergabe von Musik aussendet. Die virtuellen Klangobjekte 2i, 2j sind jeweils in der anzunehmenden beziehungsweise vom Navigationssystem vorgeschlagenen und damit einer bevorstehenden Fahrtrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 4 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung, objektbasiertes Klangsystem
2, 2a–2i: virtuelles Klangobjekt
3a–3l: Lautsprecher
4: Kraftfahrzeug
5: Fahrtrichtung Kraftfahrzeug 4
6: Fahrerseite Kraftfahrzeug 4
7a, 7b: Elementarwelle
8a, 8b: Wellenfront
9: Klangraum
10: Begrenzung Klangraum 9
x, y: Koordinaten
x_S, y_S: Koordinaten des Klangobjekts 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7970539 A1 [0003]
US 8948414 B2 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs (4), aufweisend mindestens eine Audioquelle und mindestens einen Lautsprecher (3a–3i) zum Aussenden von Audiosignalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als ein objektbasiertes Klangsystem mit mindestens einem Signalprozessor ausgebildet und zum Erzeugen von mindestens einem virtuellen Klangobjekt (2, 2a–2i) derart konfiguriert ist, die mindestens eine Audioquelle als virtuelles Klangobjekt (2, 2a–2i) zu erzeugen und frei im Fahrgastraum anzuordnen sowie abhängig von Richtung und Entfernung im dreidimensionalen Raum wiederzugeben und die Position des virtuellen Klangobjekts (2, 2a–2i) dynamisch zu verändern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart konfiguriert ist, eine Vielzahl virtueller Klangobjekte (2, 2a–2i) separat zu erzeugen und jeweils frei im Fahrgastraum anzuordnen sowie abhängig von Richtung und Entfernung im dreidimensionalen Raum wiederzugeben und die Positionen der virtuellen Klangobjekte (2, 2a–2i) unabhängig voneinander dynamisch zu verändern.
Verfahren zur Wiedergabe von Audiosignalen mit mindestens einem virtuellen Klangobjekt (2, 2a–2i) in einem Kraftfahrzeug (4) mit einer Vorrichtung (1) mit mindestens einer Audioquelle und mindestens einem Lautsprecher (3a–3i) zum Aussenden von Audiosignalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend folgende Schritte: – Empfangen und Verarbeiten von Audio-Informationen mindestens einer Audioquelle sowie – Zerlegen der Audio-Informationen mittels eines Signalprozessors zum Erzeugen mindestens eines virtuellen Klangobjekts (2, 2a–2i) basierend auf einem Gesamtsystem und – räumliches Wiedergeben des Audiosignals, wobei das mindestens eine Klangobjekt (2, 2a–2i) im dreidimensionalen Klangraum angeordnet wird und multiple räumliche Klangwellen für das mindestens eine Klangobjekt (2, 2a–2i) nachgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 mit einer Vorrichtung (1) mit Sensoren zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4), aufweisend folgende Schritte: – Empfangen von Daten zur Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) mittels Sensoren sowie – Extrahieren und Verarbeiten der von den Sensoren erfassten Daten zum Beurteilen und Einbeziehen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) in das Gesamtsystem und – Setzen der zerlegten Audio-Informationen in Bezug zu den von den Sensoren empfangenen Daten der Umgebung des Kraftfahrzeugs (4).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Signalprozessor unter Einbeziehung des mindestens einen Klangobjekts (2, 2a–2i) und akustischer Eigenschaften eines Klangraums ein individuelles Audiosignal für jeden Lautsprecher (3a–3i) berechnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachbilden der multiplen räumlichen Klangwellen für das mindestens eine Klangobjekt (2, 2a–2i) auf einem Berechnungsalgorithmus beruht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnungsalgorithmus auf einer Wellenfeldsynthese basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass beim räumlichen Wiedergeben von Audiosignalen Klangobjekte (2, 2a–2i) durch andere Klangobjekte (2, 2a–2i) ersetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zur Umgebung des Kraftfahrzeugs (4) Daten zum Bestimmen der Position, der Fahrtrichtung und des Typs des Kraftfahrzeugs (4) umfassen.