DE102017005129A1

DE102017005129A1 - Device for converting acoustic direction information into a perceptible form

Info

Publication number: DE102017005129A1
Application number: DE102017005129.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Lochmann; Markus Schertler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-06

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erfassung und Übersetzung von Richtungs- und Geschwindigkeitseigenschaften akustischen Signale, insbesondere akustischer Unterwassersignale, bestehend aus
- einem Empfangsmittel, insbesondere aufweisend zwei oder mehrere Unterwassermikrofone
- Lautsprechern (3), vorzugsweise zumindest 2 Lautsprechern,
- einer Regel/Steuereinheit (1) offenbart, wobei
die Empfangsmittel (2) akustischen Signale erfassen, diese akustischen Signale an die Regel/Steuereinheit (1) weiterleiten und dass die Regel/Steuereinheit (1) Richtungs- und/oder Geschwindigkeitseigenschaften der akustischen Signale ermittelt und die Lautsprecher (3) derartig ansteuert, dass die Richtungs- und/oder Geschwindigkeitseigenschaften der akustischen Signale über die Lautsprecher (3) wiedergegeben werden, um die Richtungs- und/oder Geschwindigkeitseigenschaften des akustischen Signals für das menschliche Gehör zu übersetzen.

It is a device for detecting and translating directional and velocity characteristics of acoustic signals, in particular acoustic underwater signals, consisting of
- A receiving means, in particular comprising two or more underwater microphones
- loudspeakers (3), preferably at least 2 loudspeakers,
- A rule / control unit (1) discloses, wherein
the receiving means (2) detect acoustic signals, forward these acoustic signals to the control / control unit (1) and that the control / control unit (1) determines directional and / or velocity characteristics of the acoustic signals and controls the loudspeakers (3) in such a way that the directional and / or velocity characteristics of the acoustic signals are reproduced via the loudspeakers (3) in order to translate the directional and / or velocity characteristics of the acoustic signal for human hearing.

Description

Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Erfassung und Übersetzung von akustischen Signalen insbesondere akustischen Unterwassersignalen die eine Unterwasserrichtungs- und/oder Geschwindigkeitsinformationskonvertierung bewirkt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
eine Verwendung einer Vorrichtung zur Erfassung und Übersetzung von akustischen Signalen insbesondere akustischen Unterwassersignalen, die eine Unterwasserrichtungs- und/oder Geschwindigkeitsinformationskonvertierung bewirken, nach Anspruch 13
und ein Verfahren zur Erfassung und Übersetzung von akustischen Signalen insbesondere akustischen Unterwassersignalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.The invention relates to a
Apparatus for detecting and translating acoustic signals, in particular underwater acoustic signals, which effects underwater direction and / or velocity information conversion according to the preamble of claim 1,
A use of a device for detecting and translating acoustic signals, in particular underwater acoustic signals, which cause an underwater direction and / or speed information conversion according to claim 13
and a method for detecting and translating acoustic signals, in particular underwater acoustic signals, according to the preamble of claim 16.

Technisches GebietTechnical area

Unterwasserkopfhörer übersetzen elektrische Signale in Schall.
Die Unterwasserkopfhörer arbeiteten im Prinzip wie ein Lautsprecher, der den Schall über einen Schlauch bzw. Röhrchen an das Ohr übermittelt.
Die elektrische Signale können über ein Mikrofon empfangen werden oder zum Beispiel von einem Musikspieler kommen. Solche Hörvorrichtungen können außerhalb des Ohres getragen werden oder aber auch direkt im Ohr getragen werden.Underwater headphones translate electrical signals into sound.
The underwater headphones worked in principle like a loudspeaker, which transmits the sound via a hose or tube to the ear.
The electrical signals can be received via a microphone or come, for example, from a music player. Such hearing devices can be worn outside the ear or else be worn directly in the ear.

Stand der TechnikState of the art

Die Unterwasserkopfhörer sind wie in DE 4236175 A1 beschrieben aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
Aus DE19914380B4 Es ist zudem bekannt, dass mit Unterwassermikrofonen die Richtung einer Geräuschquelle berechnet werden kann.
In WO 2009156145 A1 wird beschrieben wie die Richtungsinformation z.B. in eine Brille eingeblendet werden kann.The underwater headphones are like in DE 4236175 A1 described sufficiently known from the prior art.
Out DE19914380B4 It is also known that with underwater microphones the direction of a noise source can be calculated.
In WO 2009156145 A1 describes how the directional information can be displayed eg in a pair of glasses.

Die Erfindung ist dazu gedacht einem Taucher zu ermöglichen die Richtung einer Geräuschquelle akustisch zu orten.The invention is intended to enable a diver to acoustically locate the direction of a noise source.

Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die dieser Situation Rechnung trägt und durch Erkennung der Geschwindigkeit der Geräuschquelle bzw. der Richtung aus der akustische Signale stammen, die Geschwindigkeit der Geräuschquelle bzw. der Richtung aus der akustische Signale stammen in ein elektrisches Signal umrechnet und dieses über den Unterwasserkopfhörer an den Taucher weiterleitet.The present invention therefore provides an apparatus and a method which takes account of this situation and originates from the detection of the speed of the sound source or the direction from the acoustic signals, the speed of the sound source or the direction of the acoustic signals originate in an electrical Convert the signal and forward it to the diver via the underwater headset.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Unterwasser Richtungserkennung und/oder Geschwindigkeitserkennung, eine Verwendung einer Unterwasser Richtungserkennung und/oder Geschwindigkeitserkennung und ein Verfahren zur Unterwasser Richtungserkennung und/oder Geschwindigkeitserkennung bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise eine Erfassung von akustischen Signalen und Umsetzung in eine Form die von einem Taucher akustisch erfassbar ist, bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.It is the object of the present invention to provide a comparison with the prior art improved underwater direction detection and / or speed detection, a use of underwater direction detection and / or speed detection and a method for underwater direction detection and / or speed detection, which in a simple way a Detection of acoustic signals and implementation in a form that is acoustically detectable by a diver causes.
This object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung kann eine Vorrichtung zur Erfassung und Übersetzung von akustischen Signalen aus

- einem Empfangsmittel, insbesondere aufweisend zwei oder mehrere Unterwassermikrofone,
- Lautsprechern, vorzugsweise zumindest zwei Lautsprechern
- einer Regel/Steuereinheit bestehen, wobei

die Empfangsmittel akustische Signale erfassen, diese akustische Signale an die Regel/Steuereinheit weiterleiten, die Regel/Steuereinheit die Richtungs- und/oder Geschwindigkeitseigenschaften der akustische Signale ermittelt und die Lautsprecher derart ansteuert, dass die Richtungseigenschaften und/oder Geschwindigkeitseigenschaften der akustischen Signale über die Lautsprecher in einem Unterwasserkopfhörer so wiedergegeben werden, das ein Mensch sie interpretieren kann.
Die Erfindung ist gedacht dem Taucher zu ermöglichen die Richtung und Geschwindigkeit einer Geräuschquelle zu orten.According to a first aspect of the invention, an apparatus for detecting and translating acoustic signals from

a receiving means, in particular comprising two or more underwater microphones,
- Speakers, preferably at least two speakers
- consist of a rule / control unit, wherein

the receiving means detect acoustic signals, forward these acoustic signals to the control / control unit, the control / control unit determines the directional and / or speed characteristics of the acoustic signals and the loudspeaker controls such that the directional properties and / or speed characteristics of the acoustic signals through the speakers in an underwater headset so that a human can interpret it.
The invention is intended to enable the diver to locate the direction and speed of a noise source.

Problem bei der Wahrnehmung von Richtungseigenschaften akustischer Signale unter Wasser ist die ~4,3 fach erhöhte Schallgeschwindigkeit von ~1484m/s.
Um dies trotzdem zu ermöglichen ist es vorgesehen die wesentlich kürzere Zeitdifferenz mit einem Mikrokontroller zu erfassen und künstlich auf einen Wert zu erhöhen der für den menschlichen Hörsinn den richtigen Winkel des akustischen Signales ergibt.
Die Vorrichtung zur Unterwasserrichtungserkennung kann in drei Schritte unterteilt werden

1.) Ein Empfangsmittel, insbesondere mehrere Mikrofone, welches das akustische Signal empfängt. Dieses Empfangsmittel kann auf dem Kopf angebracht werden oder in dem wasserfesten Unterwasserkopfhörer integriert sein.
2.) Eine Regel/Steuereinheit welche die Daten aus dem Empfangsmittel in Richtungsangaben umrechnet und daraus elektrische Signale generiert.
3.) Lautsprecher, vorzugsweise mindestens 2 Lautsprecher, die in dem wasserfesten Unterwasserkopfhörer integriert sein können, welche die elektrischen Signale von der Regel/Steuereinheit an das Ohr des Tauchers weiterleiten.

Problem with the perception of directional characteristics of acoustic signals under water is the ~ 4.3 times increased sound velocity of ~ 1484m / s.
To make this possible anyway, it is provided to detect the much shorter time difference with a microcontroller and artificially increased to a value that gives the human hearing sense the right angle of the acoustic signal.
The underwater direction detection device can be divided into three steps

1.) A receiving means, in particular a plurality of microphones, which receives the acoustic signal. This receiving means may be mounted upside down or integrated into the waterproof underwater headphone.
2.) A rule / control unit which converts the data from the receiving means in directional information and generates electrical signals.
3.) Loudspeakers, preferably at least 2 loudspeakers, which may be integrated in the waterproof underwater headset which relay the electrical signals from the control unit to the diver's ear.

Die Auswertung zur Winkelbestimmung kann z.B. mit den akustischen Signalen, welche von 2 oder mehr Mikrophonen empfangen werden, erfolgen.
Dabei kann die Zeitdifferenz die ein Puls braucht um verschiedene Mikrophone zu erreichen, auch Interaural time difference oder Abgekürzt ITD genannt oder der Lautstärkenunterschied auch interaural level difference oder Abgekürzt ILD genannt, ausgewertet werden.The evaluation for the angle determination can be done, for example, with the acoustic signals which are received by 2 or more microphones.
The time difference that a pulse needs to reach different microphones, also known as interaural time difference or Abbreviated ITD, or the volume difference also called interaural level difference or Abbreviated ILD, can be evaluated.

Bei periodischen akustischen Signalen ist es ebenso möglich die Phasendifferenz auch interaural phase difference genannt abgekürzt IPD genannt zu verwenden.With periodic acoustic signals it is also possible to use the phase difference also called interaural phase difference called IPD for short.

Um die Richtungseigenschaften für das Menschliche Gehör zugänglich zu machen, kann dann z.B. die ermittelte Verzögerung der unterschiedlichen Frequenzen auf eine ~4.3fache Verzögerung für das entsprechende akustische Signal in Luft umgerechnet werden und das entsprechende akustische Signal in Luft von der Regel/Steuereinheit an das Ohr des Tauchers weitergeleitet werden.
Zusätzlich kann ein Unterschied zwischen einem Abstand zwischen den Mikrophonen und einem Abstand zwischen den Lautsprechern kompensiert werden.
Dazu kann die Verzögerung auf einen Wert der dem Abstand zwischen den Lautsprechern dividiert durch dem Abstand zwischen den Mikrophonen mal die ~4.3 fache Verzögerung durch die Umrechnung auf Luft angepasst werden.
Es kann auch eine Größere oder kleinere Verzögerung gewählt werden um einen Richtungseffekt zu Verstärken oder Abzuschwächen.In order to make the directional characteristics accessible to the human ear, then, for example, the determined delay of the different frequencies can be converted to a ~ 4.3-fold delay for the corresponding acoustic signal in air and the corresponding acoustic signal in air from the control / control unit to the ear forwarded by the diver.
In addition, a difference between a distance between the microphones and a distance between the speakers can be compensated.
For this, the delay can be adjusted to a value of the distance between the speakers divided by the distance between the microphones times the ~ 4.3-fold delay due to the air-to-air conversion.
There may also be a greater or lesser delay to enhance or mitigate a directional effect.

Die Richtungseigenschaften können durch eine Vervielfachung eines Phasenunterschieds zwischen den akustischen Signalen die die Empfangsmittel erfassen, übersetzt werden.
Auch beim Phasenunterschied kann der Unterschied zwischen dem Abstand zwischen den Mikrophonen und dem Abstand zwischen den Lautsprechern kompensiert werden.
Dazu kann die Vervielfachung eines Phasenunterschieds auf einen Wert der dem Abstand zwischen den Lautsprechern dividiert durch dem Abstand zwischen den Mikrophonen mal die ~4.3 fache Verzögerung durch die Umrechnung auf Luft angepasst werden.
Es kann auch eine Größere oder kleinere Vervielfachung des Phasenunterschieds gewählt werden um einen Richtungseffekt zu Verstärken oder Abzuschwächen.The directional characteristics can be translated by multiplying a phase difference between the acoustic signals that detect the receiving means.
Even with the phase difference, the difference between the distance between the microphones and the distance between the speakers can be compensated.
To do this, the multiplication of a phase difference can be adjusted to a value of the distance between the loudspeakers divided by the distance between the microphones by ~4 / 4-fold delay by the conversion to air.
It is also possible to choose a larger or smaller multiplication of the phase difference in order to amplify or attenuate a directional effect.

Die Richtungseigenschaften der akustischen Signale können mit mindestens zwei Unterwassermikrofonen durch die Zeitdifferenz durch Laufzeitunterschiede und/oder Phasendifferenz der akustischen Signale ermittelt werden.The directional properties of the acoustic signals can be determined with at least two underwater microphones by the time difference by transit time differences and / or phase difference of the acoustic signals.

Es ist möglich das auch die Lautstärkeinformation der unterschiedlichen Frequenzen entsprechend dem Verhalten in Luft umgerechnet werden.
Dazu kann eine Lautstärkedifferenz zwischen den Signalen Vervielfacht werden.
Es ist möglich das die Vervielfachung der Lautstärkedifferenz frequenzabhängig erfolgt.It is possible that the volume information of the different frequencies are converted according to the behavior in air.
For this purpose, a volume difference between the signals can be multiplied.
It is possible that the multiplication of the volume difference is frequency-dependent.

Es wäre auch möglich die berechnete Richtungsinformation mit einer 3d Soundsynthese in die Kopfhörersignale umzurechnen.It would also be possible to convert the calculated direction information into the headphone signals with a 3d sound synthesis.

Die Regel/Steuereinheit kann die Richtung der Geräuschquelle aus der die akustischen Signale oder Geräusche stammen ermitteln.The control unit can determine the direction of the noise source from which the acoustic signals or sounds originate.

Die Richtung der akustischen Signale oder Geräusche kann mit mindestens zwei Mikrophonen durch Ermittlung der Laufzeitunterschiede des Geräusches oder akustischen Signale und/oder Ermittlung des Phasendifferenz der akustischen Signale ermittelt werden.The direction of the acoustic signals or noises can be determined with at least two microphones by determining the transit time differences of the noise or acoustic signals and / or determining the phase difference of the acoustic signals.

Die Geschwindigkeit der Geräuschquelle des akustischen Signals kann mit mindestens zwei Unterwassermikrofonen durch Ermittlung der Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt zwischen einem reflektierten und dem direkt auf die Mikrofone auftreffenden akustischen Signals ermittelt werden.The speed of the sound source of the acoustic signal can be determined with at least two underwater microphones by determining the frequency shift by the Doppler effect between a reflected and the acoustic signal directly incident on the microphones.

Die Richtung der Geräuschquelle des akustischen Signals und/ oder des Geräusches kann z.B. durch unterschiedliche Lautstärke und/oder einer unterschiedlichen Verzögerung der Signale der unterschiedlicher Lautsprecher gekennzeichnet werden.The direction of the noise source of the acoustic signal and / or the noise may be e.g. be characterized by different volume and / or a different delay of the signals of different speakers.

Die Geschwindigkeit des akustischen Signals und/oder des Geräusches kann durch Aktivierung unterschiedlicher Lautsprecher und/oder durch die Frequenz und/oder die Stärke des akustischen Signals gekennzeichnet werden.The speed of the acoustic signal and / or the noise may be characterized by activation of different speakers and / or by the frequency and / or strength of the acoustic signal.

Es ist auch möglich durch ein Anschwellen oder Reduzieren der Lautstärke die Geschwindigkeit zu Übersetzen.It is also possible to translate the speed by swelling or reducing the volume.

Es ist auch möglich durch eine steigende oder fallende Frequenz die Geschwindigkeit zu Übersetzen.It is also possible to translate the speed by increasing or decreasing frequency.

Des Weiteren wird eine Verwendung von Lautsprechern, vorzugsweise mindestens 2 Lautsprechern, die in dem wasserfesten Unterwasserkopfhörer integriert sein können, zur Übersetzung von Richtungsinformation und Geschwindigkeit,
wobei Empfangsmittel, insbesondere ein oder mehrere Mikrofone, akustische Signale erfassen, diese akustischen Signale an die Regel/Steuereinheit weiterleiten, und dass die Regel/Steuereinheit Richtungsinformation und Geschwindigkeit der akustischen Signale ermittelt und die Lautsprecher derartig ansteuert, dass die
Richtungsinformation und/oder Geschwindigkeit der akustische Signale über die Lautsprecher wiedergegeben werden, um das akustische Signal zu übersetzen, offenbart. Furthermore, use of loudspeakers, preferably at least 2 loudspeakers, which may be integrated in the waterproof underwater headset, for translating directional information and speed,
wherein receiving means, in particular one or more microphones, detect acoustic signals, forward these acoustic signals to the control unit, and that the control / control unit determines direction information and speed of the acoustic signals and controls the loudspeakers in such a way that the
Direction information and / or speed of the acoustic signals are reproduced via the speakers to translate the acoustic signal disclosed.

Die Verwendung von Empfangsmitteln, insbesondere ein oder mehrere Mikrofonen und Lautsprechern, vorzugsweise mindestens 2 Lautsprechern die in einem Unterwasserkopfhörer integriert sein können, zur Übersetzung von Akustische Signalen, soll Tauchern, insbesondere Gerätetauchern, das Orten einer Geräuschquelle und das abschätzen der Geschwindigkeit dieser Quelle, erleichtern.The use of receiving means, in particular one or more microphones and loudspeakers, preferably at least two loudspeakers which may be integrated in an underwater headset, for the translation of acoustic signals, is intended to facilitate divers, especially scuba divers, locating a noise source and estimating the speed of that source ,

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Erkennung und Übersetzung von Richtungsinformationen aus akustischen Signalen, mit einem Empfangsmittel, insbesondere zwei oder mehreren Mikrofonen, Lautsprechern, Vorzugsweise mehreren Lautsprechern,
einer Regel/Steuereinheit, wobei die Empfangsmittel akustische Signale erfassen, diese Signale an die Regel/Steuereinheit weiterleiten, die Regel/Steuereinheit Richtungsinformationen der akustischen Signale ermittelt und die Lautsprecher derartig ansteuert, dass die Richtungsinformation der akustischen Signale über die Lautsprecher wiedergegeben werden, um die Richtungsinformation zu übersetzen, offenbart.Furthermore, a method for the detection and translation of directional information from acoustic signals, with a receiving means, in particular two or more microphones, speakers, preferably several speakers,
a rule / control unit, wherein the receiving means detect acoustic signals, forward these signals to the rule / control unit, the rule / control unit directional information determines the acoustic signals and controls the loudspeakers such that the direction information of the acoustic signals are reproduced on the speakers to the Translate directional information disclosed.

Die Erfindung wird nunmehr auch mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Systemübersicht der erfindungsgemäßen Richtungsinformationsübersetzungsvorrichtung.
2 zeigt schematisch einen allgemeinen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt schematisch einen Ablauf der erfindungsgemäßen Richtungsumwandlung.
4 zeigt, wie die Geschwindigkeit einer sich bewegenden Geräuschquelle erfindungsgemäß ermittelt werden kann. sich bewegenden Quelle genau ermittelt werden.
5 Beispiel eines akustischen Unterwassersignals.
6 Ausführung für ein aus dem akustischen Unterwassersignal mit Hilfe eines Rechteckfensters berechneten Fensters.
7 Beispiel eines aus diesem Fenster erfindungsgemäß auf das menschliche Gehör umgerechneten 4.3 fachen Verzögerung pd2 und des originalen Signals mit einer Verzögerung pd1.
8 zeigt schematisch ein Beispiel für die Umwandlung der Richtungsinformation.

The invention will now be described with reference to the figures. Showing:

1 schematically a system overview of the direction information translation device according to the invention.
2 schematically shows a general sequence of the method according to the invention.
3 schematically shows a sequence of the directional transformation according to the invention.
4 shows how the speed of a moving noise source can be determined according to the invention. moving source can be accurately detected.
5 Example of an underwater acoustic signal.
6 Execution for a window calculated from the underwater acoustic signal using a rectangular window.
7 Example of this invention according to the invention converted to human hearing 4.3 times delay pd2 and the original signal with a delay pd1.
8th schematically shows an example of the conversion of the direction information.

1 zeigt beispielhaft einen ersten Aspekt der Erfindung, bei der eine Vorrichtung zur Erfassung und Übersetzung von Richtungsinformationen der akustischen Signale, bestehend aus

- einem Empfangsmittel 2, insbesondere zwei oder mehreren Mikrofonen,
- Lautsprecher 3, zumindest 2 Lautsprechern
- einer Regel/Steuereinheit 1,

wobei die Empfangsmittel

2 Akustische Signale erfassen, diese Akustische Signale an die Regel/Steuereinheit 1 weiterleiten, die Regel/Steuereinheit 1 Richtungseigenschaften der Akustische Signale ermittelt und die Lautsprecher 3 derartig ansteuert, dass die Richtungseigenschaften der akustischen Signale über die Lautsprecher 3 wiedergegeben werden, um die Richtungsinformation zu übersetzen, offenbart. 1 shows by way of example a first aspect of the invention, in which a device for detecting and translating direction information of the acoustic signals, consisting of

a receiving means 2 , in particular two or more microphones,
- Speaker 3 , at least 2 speakers
- a rule / control unit 1 .

wherein the receiving means 2 Acoustic signals detect these acoustic signals to the control unit 1 forward the rule / control unit 1 Directional properties of the acoustic signals detected and the speakers 3 controls so that the directional properties of the acoustic signals through the speakers 3 are reproduced to translate the direction information.

Im Folgenden wird ausgeführt wie die Richtungsinformation bei unterschiedlichen Frequenzen der akustischen Signale unterschieden werden können.In the following it will be explained how the direction information can be distinguished at different frequencies of the acoustic signals.

Die akustischen Signale können verschiedene Eigenschaften aufweisen, die mit den Empfangsmitteln 2 erfasst und mit der Regel/Steuereinheit 1 mit Hilfe von Richtungserkennungsalgorithmen ermittelt werden können.The acoustic signals may have various characteristics associated with the receiving means 2 captured and with the rule / control unit 1 can be determined with the aid of direction detection algorithms.

Als Richtungserkennungsalgorithmen können bekannte Methoden wie z.B. für pulsartige unstetige akustische Signale mit höheren Frequenzen eine Berechnung mit Zeitdifferenz die ein Puls braucht um verschiedene Mikrofone zu erreichen ITD
oder bei kontinuierlichen tieferen Frequenzen mit der Phasendifferenz zwischen den zu den Mikrofonen kommenden akustischen Signalen IPD oder der Lautstärkenunterschied bei höheren Frequenzen des akustischen Signals ILD, angewendet werden.As directional detection algorithms, known methods such as pulsed unsteady acoustic signals at higher frequencies may require a time difference calculation that requires a pulse to reach different microphones ITD
or at continuous lower frequencies with the phase difference between the acoustic signals IPD coming to the microphones or the volume difference at higher frequencies of the acoustic signal ILD.

2 zeigt schematisch einen allgemeinen Ablauf der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung 2 schematically shows a general course of the signal processing according to the invention

Im Schritt S0 sendet eine akustische Unterwasserquelle ein Signal
Im Schritt S1 Empfangen die Unterwassermikrophone die akustischen Unterwassersignale und übermitteln sie an die Steuereinheit
Im Schritt S2 Berechnet die Steuereinheit die Richtungs- und Geschwindigkeitseigenschaften des akustischen Unterwassersignals.
Im Schritt S3 werden die Richtungs- und Geschwindigkeitseigenschaften des akustischen Unterwassersignals in eine für das menschliche Gehör optimierte Form umgerechnet.
Im Schritt S4 werden die Unterwasserlautsprecher derart angesteuert das die Richtungseigenschaften und/oder Geschwindigkeitseigenschaften vom menschlichen Gehör erfasst werden können.

Im Schritt S5 geben die Lautsprecher akustische Signale an den Taucher weiter.In step S0 An underwater acoustic source sends a signal
In step S1 The underwater microphones receive the underwater acoustic signals and transmit them to the control unit
In step S2 The controller computes the directional and velocity characteristics of the underwater acoustic signal.
In step S3 The directional and speed characteristics of the underwater acoustic signal are converted into a form optimized for human hearing.
In step S4 The underwater speakers are controlled so that the directional characteristics and / or speed characteristics can be detected by the human ear.

In step S5 the speakers pass audible signals to the diver.

3 zeigt schematisch einen Ablauf der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung mit Richtungserkennung und Richtungsübersetzung. 3 schematically shows a sequence of signal processing according to the invention with direction detection and directional translation.

Im Schritt S6 gibt eine akustische Quelle ein Signal aus, welches im Schritt S7 mit einem Empfangsmittel 2 empfangen wird. Im Schritt S8 wird das Signal als elektrisches analoges Signal an die Regel/Steuereinheit übermittelt und im Schritt S9 mit einem Analog-Digital Wandler in ein digitales Signal umgewandelt. Im Schritt S10 erfolgt eine Zeitliche Zerstückelung des kontinuierlichen digitalen Signals. Dies kann mit einer Fensterfunktion wie Beispielsweise mit einem Von-Hann-Fenster oder einem Rechteck-Fenster erfolgen.In step S6 an acoustic source emits a signal, which in step S7 with a receiving means 2 Will be received. In step S8 the signal is transmitted as an electrical analog signal to the control unit and in step S9 converted into a digital signal with an analog-to-digital converter. In step S10 there is a temporal fragmentation of the continuous digital signal. This can be done with a window function such as with a von-Hann window or a rectangle window.

Im Schritt S11 erfolgt Umwandlung des Signals in den Frequenzbereich. Im Weiteren erfolgt im Schritt S12 eine Berechnung der Richtungseigenschaften. Danach erfolgt im Schritt S13 eine Umsetzung der Unterwasser Richtungseigenschaften auf die für das menschliche Gehör optimierte Richtungseigenschaften.
Danach erfolgt im Schritt S14 eine Umsetzung der umgerechneten Daten in ein analoges elektrisches Signal. Im Schritt S15 wird dieses mittels des Unterwasserkopfhörers akustisch an den Taucher übertragen.In step S11 the signal is converted into the frequency domain. Further, in the step S12 a calculation of the directional properties. Then in the step S13 an implementation of the underwater directional properties on the optimized for human hearing directional properties.
Then in the step S14 an implementation of the converted data into an analogue electrical signal. In step S15 this is transmitted acoustically to the diver by means of the underwater headphone.

4 zeigt, wie erfindungsgemäß die Geschwindigkeit einer Geräuschquelle ermittelt werden kann. Die Erkennung nutzt die Unterschiede zwischen den akustischen Signalen oder Geräuschen einer fixen Quelle Q1 und einer sich bewegenden Quelle Q2.
Die Frequenzen der akustischen Signale oder Geräusche der fixen Quelle Q1 sind davon unabhängig, ob die Schallwellen F1R reflektiert oder die Schallwellen F1D direkt zum Taucher T kommen. Die reflektierten Schallwellen müssen einen längeren Weg zurücklegen und können durch den dadurch resultierenden Zeitunterschied von den direkten Schallwellen unterschieden werden.
Die Frequenzen der Akustischen Signale oder Geräusche der sich bewegenden Quelle Q2 sind davon abhängig, ob die Schallwellen F2R reflektiert oder die Schallwellen F2D direkt zum Anwender T kommen. Der Frequenzunterschied durch den Dopplereffekt zwischen F2D und F2R kann zur Abschätzung der Geschwindigkeit verwendet werden. 4 shows how the speed of a noise source according to the invention can be determined. The recognition exploits the differences between the acoustic signals or sounds of a fixed source Q1 and a moving source Q2 ,
The frequencies of the acoustic signals or sounds of the fixed source Q1 are independent of it, whether the sound waves F1R reflected or the sound waves F1D come directly to the diver T The reflected sound waves have to travel a longer distance and can be distinguished from the direct sound waves by the resulting time difference.
The frequencies of the acoustic signals or sounds of the moving source Q2 are dependent on whether the sound waves F2R reflected or the sound waves F2D directly to the user T come. The difference in frequency due to the Doppler effect between F2D and F2R can be used to estimate the speed.

Die Richtungsinformation kann zusätzlich verwendet werden um die Stärke des Dopplereffekts auf die reflektierten Schallwellen zu ermitteln. Damit kann trotz des Unterschieds zwischen den Reflexionen F2R an einem Hindernis W1 und F2R2 an einem anderen Hindernis W2, die Geschwindigkeit der sich bewegenden Quelle genau ermittelt werden.The direction information may additionally be used to determine the strength of the Doppler effect on the reflected sound waves. Thus, despite the difference between the reflections F2R at an obstacle W1 and F2R2 at another obstacle W2 The speed of the moving source will be accurately determined.

5 Ausführung zweier akustischer Signale die mit einem Empfangsmittel bestehend aus zwei Unterwassermikrofonen erfasst werden. 5 Execution of two acoustic signals which are detected by a receiver consisting of two underwater microphones.

6 Erfindungsgemäße Ausführung eines mit Rechteckfenster berechneten Fensters aus den akustischen Signalen. Dies wird mit der Regel/Steuereinheit durchgeführt. 6 Inventive execution of a calculated window with rectangular window from the acoustic signals. This is done with the rule / control unit.

7 Erfindungsgemäße Ausführung einer aus diesem berechneten Fenster auf das menschliche Gehör umgerechneten 4.3 fachen Verzögerung und/oder Phasendifferenz pd2 und des originalen akustischen Signals mit einer Verzögerung pd1. 7 Inventive execution of a calculated from this window to the human ear converted 4.3 times delay and / or phase difference pd2 and the original acoustic signal with a delay pd1 ,

8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführung zur Umwandlung der Richtungsinformation Im Schritt S16 wird der Datenstroms zweier Audiokanäle mittels einer Fensterfunktion in mehrere Zeitfenster zerstückelt. 8th schematically shows an embodiment according to the invention for converting the direction information in step S16 the data stream of two audio channels is fragmented into a plurality of time windows by means of a window function.

Im Schritt S17 wird eines der mehreren Zeitfenster mittels einer schnellen Fourier Transformation in den Frequenzbereich umgerechnet wobei Fourier Koeffizienten als Ergebnis vorliegen.In step S17 one of the multiple time windows is converted into the frequency domain by means of a fast Fourier transformation, with Fourier coefficients as the result.

Im Schritt S18 Berechnet die Steuereinheit die Phase und Amplitude der Fourier Koeffizienten.
Im Schritt S19 Berechnet die Steuereinheit den Phasen und/oder Amplitudendifferenz zwischen den beiden Audiokanälen.
Im Schritt S20 werden die Richtungseigenschaften des akustischen Signals anhand der Phasen- und/oder Amplitudendifferenz in eine für das menschliche Gehör optimierte Form umgerechnet. Dazu kann eine Berechnung einer neuen Phase und/oder Amplitude durch Multiplizieren insbesondere durch Vervielfachung der Phasendifferenz um die Schallgeschwindigkeit im Wasser dividiert durch die Schallgeschwindigkeit in Luft mal einen Kompensationsfaktor für die Abstände zwischen den Mikrofonen und die Abstände zwischen den Lautsprechern plus die Phase des ersten Audiokanals erfolgen.
Auch ist es möglich durch Vervielfachung der Amplitudendifferenz die akustischen Signale in eine für das menschliche Gehör optimierte Form umzurechnen.In step S18 The controller computes the phase and amplitude of the Fourier coefficients.
In step S19 The controller calculates the phase and / or amplitude difference between the two audio channels.
In step S20 The directional properties of the acoustic signal are converted based on the phase and / or amplitude difference in a form optimized for human hearing. This may include calculating a new phase and / or amplitude by multiplying in particular by multiplying the phase difference by the sound velocity in water divided by the velocity of sound in air times a compensation factor for the distances between the microphones and the distances between the loudspeakers plus the phase of the first audio channel respectively.
It is also possible by multiplying the amplitude difference to convert the acoustic signals into a form optimized for the human ear.

Im Schritt S21 werden die Fourier Koeffizienten des zweiten Audiokanals durch Koeffizienten mit umgerechneter Amplitude und/oder Phase ersetzt.In step S21 For example, the Fourier coefficients of the second audio channel are replaced by coefficients of converted amplitude and / or phase.

Im Schritt S22 wird das Signal des zweiten Audiokanals mittels einer inversen Fourier Transformation in der Zeitbereich zurückübersetzt.In step S22 the signal of the second audio channel is translated back in the time domain by means of an inverse Fourier transformation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4236175 A1 [0003]
DE 19914380 B4 [0003]
WO 2009156145 A1 [0003]

Claims

Device for detecting and transmitting acoustic signals, in particular acoustic underwater signals, comprising - a receiving means (2), in particular comprising two or more underwater microphones, - loudspeakers (3), preferably at least two loudspeakers - a regulating / control unit (1) characterized in that the receiving means (2) detect acoustic signals and forward the acoustic signals to the control / control unit (1), the control / control unit (1) determines the speed and / or directional properties of the acoustic signals and activates the loudspeakers (3) in this way, in that the speed and / or directional characteristics of the acoustic signals are reproduced via the loudspeakers (3) in order to translate the speed and / or directional characteristics of human hearing.

Device after Claim 1 , characterized in that the acoustic signals originate from a noise source (Q1, Q2).

Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the directional characteristics are translated by multiplying an amplitude difference between the acoustic signals detecting the receiving means (2).

Device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the acoustic signals have different directional properties, which are detected by the receiving means (2) and are determined with the control / control unit (1) by means of direction detection algorithms.

Device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that as a directional characteristic , the time difference of the acoustic signal between the different receiving means evaluated and multiplied to the speakers (3) is output.

Device according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the directional properties are output in real time via the loudspeakers (3).

Device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the direction of the acoustic signals with at least two underwater microphones is determined by the time difference due to the transit time differences and / or phase difference of the acoustic signal.

Device after Claim 2 , characterized in that the speed of the noise source of the acoustic signal is determined with at least two underwater microphones by determining the frequency shift by the Doppler effect between a reflected and the directly incident on the microphones acoustic signal.

Device according to one of Claims 2 to 8th , characterized in that the direction and / or speed of the sound source of the acoustic signal is output by activating different loudspeakers (3).

Device according to one of Claims 2 to 9 , characterized in that the direction and / or speed of the sound source of the acoustic signal is output by loudness of the loudspeaker.

Device according to one of Claims 2 to 10 , characterized in that the speed of the sound source of the acoustic signal is output by swelling or reducing the volume of the loudspeaker.

Device according to one of Claims 2 to 11 , characterized in that the speed of the sound source of the acoustic signal is translated by a rising or falling frequency for human hearing.

Use of loudspeakers (3), preferably 2 to 4 loudspeakers, for translating the direction and / or speed of a noise source, wherein receiving means (2), which in particular has two or more microphones, detects acoustic signals, in particular acoustic underwater signals, these acoustic signals the control / control unit (1) forwards, determines the control / control unit (1) directional and / or speed characteristics of the acoustic signals and the loudspeaker (3) controls such that the directional and / or Geschiridigkeitseigenschaften the acoustic signals through the speakers ( 3) to translate the directional and / or velocity characteristics of the acoustic signal.

Use of loudspeakers (3) to translate translation of direction and / or speed of sound source, to Claim 13 characterized in that it allows divers (T) to recognize the direction and / or speed of the noise source.

Use of loudspeakers (3) to translate translation of direction and / or speed of sound source, to Claim 13 or 14 characterized in that it allows divers (T) to recognize the direction and Speed of the noise source in real time is enabled.

Method for detecting and translating the direction and / or speed of a noise source, wherein receiving means (2), in particular two or more microphones, detect acoustic signals, in particular acoustic underwater signals, and forward these acoustic signals to a control / control unit (1); Control unit (1) Directional and / or speed characteristics of the acoustic signals determined and speakers (3) are controlled such that the directional and / or speed characteristics of the acoustic signals via the speakers (3) are reproduced to the direction and / or Speed characteristics of the acoustic signal to translate.