DE102018000059A1 - Public address system for the interior of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Eine Beschallungsanlage dient dazu, den Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu beschallen.Um die Beschallung jeweils einer Zielperson im Innenraum des Kraftfahrzeugs ohne Belästigung weiterer Kraftfahrzeuginsassen und insbesondere auch ohne Mithören durch Unbefugte zu realisieren, wird vorgeschlagen, dass die Beschallungsanlage (1) zumindest eine Ultraschallquelle aufweist, die im Bereich eines Ohres bzw. nahe am Ohr des Kraftfahrzeuginsassen anordbar und mittels eines Signals ansteuerbar ist, das im Bereich der Resonanzfrequenz der zumindest einen Ultraschallquelle liegt und mit einem Audiosignal modulierbar ist, und deren räumliche Position und Stellung in Abhängigkeit von Kopfbewegungen des Kraftfahrzeuginsassen anpassbar ist.A public address system is used to sound the interior of a motor vehicle. In order to realize the sonication of a target person in the interior of the motor vehicle without annoying other vehicle occupants and in particular without listening by unauthorized persons, it is proposed that the public address system (1) has at least one ultrasound source, which can be arranged in the region of an ear or close to the ear of the motor vehicle occupant and by means of a signal which is in the range of the resonance frequency of the at least one ultrasound source and can be modulated with an audio signal, and their spatial position and position in response to head movements of the motor vehicle occupant adaptable is.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschallungsanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a public address system for the interior of a motor vehicle.

Für Innenräume von Kraftfahrzeugen besteht seit einiger Zeit die Anforderung, diese bereichsweise lokal eng begrenzt zu beschallen, um z.B. die Möglichkeit zu eröffnen, mehrere Kraftfahrzeuginsassen mit unterschiedlichen akustischen Unterhaltungsprogrammen - je nach Wunsch der Kraftfahrzeuginsassen - zu versorgen, wobei störende Einwirkungen der Beschallungen des einen Kraftfahrzeuginsassen auf die des anderen Kraftfahrzeuginsassen möglichst ausgeschlossen bzw. minimiert werden sollen. Zur Realisierung einer derartigen separaten Beschallung unterschiedlicher Kraftfahrzeuginsassen ist die Erzeugung individueller Hörzonen erforderlich, d.h. innerhalb einer Hörzone soll ein bestimmter akustischer Inhalt mit einem bestimmten Lautstärkepegel wiedergegeben werden, während die Abstrahlung zu benachbarten individuellen Hörzonen möglichst gering sein soll.For interiors of motor vehicles, there has been a demand for some time to locally soundly confine these to a limited extent, e.g. to open up the possibility to provide several vehicle occupants with different acoustic entertainment programs - as desired by the motor vehicle occupants - with disruptive effects of the sonication of a motor vehicle occupants should be excluded or minimized to those of the other motor vehicle occupants as possible. To realize such separate sonication of different vehicle occupants, the generation of individual listening zones is required, i. Within a listening zone, a particular acoustic content is to be reproduced at a certain volume level, while the radiation to adjacent individual listening zones should be as low as possible.

Aus dem Stand der Technik bekannte Beschallungslösungen für Innenräume von Kraftfahrzeugen mit lokal begrenzten Hörzonen verwenden beispielsweise gerichtete Lautsprecher oder MIMO (multiple input multiple output)-Systeme, bei denen eine aktive Störschallkompensation zum Einsatz kommt. Andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösungsansätze für das vorstehend skizzierte Problem basieren auf dem Einsatz von Punktschallquellen, deren Schalldruckpegel sich mit zunehmendem Abstand rasch reduziert.For example, directional loudspeakers or MIMOs (Multiple Input Multiple Output) systems using active noise cancellation technology from the prior art for interior interiors of motor vehicles with localized hearing zones use. Other approaches known from the prior art for the above-outlined problem are based on the use of point sound sources whose sound pressure level rapidly reduces with increasing distance.

Den vorstehend beschriebenen Verfahren und Methoden ist gemeinsam, dass sie eine Übersprechdämpfung von maximal ca. 20 dB erzielen.The methods and methods described above have in common that they achieve a crosstalk attenuation of a maximum of about 20 dB.

Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus parametrische Ultraschalllautsprecher bekannt, die zum Zwecke der stark gerichteten Audio-Beschallung mit einem Audiosignal modulierte Ultraschallsignale in Luft emittieren. Nachteilig ist hierbei vor allem der Mangel an Wiedergabefähigkeit tieferer Audiofrequenzen sowie des Weiteren die immensen und daher medizinisch bedenklichen hohen Ultraschalldrücke.In addition, parametric ultrasound loudspeakers are known from the prior art which emit ultrasound signals modulated in the air with an audio signal for the purpose of strongly directed audio sound. The disadvantage here is mainly the lack of reproducibility lower audio frequencies and also the immense and therefore medically questionable high ultrasonic pressures.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beschallungsanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mittels der in individuellen Hörzonen befindliche Kraftfahrzeuginsassen individuell beschallbar sind, wobei über Sprechdämpfungen von einer individuellen Hörzone zur anderen individuellen Hörzone von zumindest 40 dB erreichbar sein und eine gleichbleibend gute Klangqualität gewährleistet werden sollen.Based on the above-described prior art, the present invention seeks to provide a public address system for the interior of a motor vehicle by means of individually located in individual listening areas occupants are individually sonicated, with speech attenuation of an individual listening area to the other individual listening zone of at least 40th dB be reached and a consistently good sound quality should be guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beschallungsanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs gelöst, die zumindest eine Ultraschallquelle aufweist, die im Bereich eines Ohres bzw. nahe am Ohr eines Kraftfahrzeuginsassen anordbar und mittels eines Signals ansteuerbar ist, das im Bereich der Resonanzfrequenz der zumindest einen Ultraschallquelle liegt und mit einem Audiosignal modulierbar ist, und deren räumliche Position und Stellung in Abhängigkeit von Kopfbewegungen des Kraftfahrzeuginsassen anpassbar ist.This object is achieved by a public address system for the interior of a motor vehicle having at least one ultrasonic source which can be arranged in the region of an ear or close to the ear of a motor vehicle occupant and by means of a signal which is in the range of the resonance frequency of at least one ultrasonic source and is modulated with an audio signal, and whose spatial position and position in response to head movements of the motor vehicle occupant is customizable.

Erfindungsgemäß können Übersprechdämpfungen von mehr als 40 dB bei gleichbleibend guter Klangqualität gewährleistet werden.According to the invention crosstalk attenuation of more than 40 dB can be ensured with consistently good sound quality.

Die Erfindung beruht auf der Aussendung eines mit einem Audiosignal modulierten Ultraschallsignals mittels einer Ultraschallquelle in Luft. Die Ultraschallquelle wird hierbei so positioniert, dass die ausgesendeten Ultraschallquellen möglichst direkt das Trommelfell im Ohr der Zielperson bzw. des Kraftfahrzeuginsassen treffen. Der somit auf dem Trommelfell entstehende akustische Strahlungsdruck folgt der Modulation des Ultraschallträgers und demoduliert somit das Audiosignal, welches dadurch unmittelbar im Ohr der Zielperson bzw. des Kraftfahrzeuginsassen und nirgendwo sonst hörbar wird. Bei der Anwendung einer solchen Ultraschallquelle im Innenraum eines Kraftfahrzeugs wird erfindungsgemäß eine automatische Nachführung der Ultraschallquelle verwendet, um etwaige Kopfbewegungen der Zielperson bzw. des Kraftfahrzeuginsassen auszugleichen und stets für eine optimale Einkopplung der Ultraschallwellen ins Trommelfell zu sorgen. Erfindungsgemäß wird eine lokal begrenzte Beschallung einer Zielperson bzw. eines Kraftfahrzeuginsassen im Innenraum eines Kraftfahrzeugs realisiert, ohne dass andere Kraftfahrzeuginsassen, die sich in entfernten oder benachbarten Hörzonen aufhalten, belästigt würden und ohne dass andere Kraftfahrzeuginsassen unbefugt das einer Zielperson zugedachte akustische Programm mithören könnten. Erfindungsgemäß wird eine bzw. werden zwei Ultraschallquellen verwendet, die sich jeweils in der Nähe des bzw. der Ohren des im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindlichen Kraftfahrzeuginsassen befinden. Die Ultraschallquellen werden mit einem Signal angesteuert, das im Bereich ihrer Resonanzfrequenz liegt und werden mit einem Audiosignal moduliert. Treffen diese modulierten Ultraschallwellen auf das Trommelfell, so erzeugen sie dort einen akustischen Strahlungsdruck, der wiederum eine Kraft auf das Trommelfell ausübt und dieses entsprechend auslenkt. Durch die Modulation der Ultraschallquelle und demnach des Strahlungsdrucks ist auch diese auslenkende Kraft mit dem Audiosignal moduliert, wodurch das Trommelfell direkt mit dem Audiosignal mitschwingt. Da der akustische Strahlungsdruck von der Energiedichte der Schallwelle und somit von der Schallintensität abhängt, lässt sich prinzipiell jedes Modulationsverfahren nutzen, welches eine unmittelbare Abhängigkeit der Trägerschallwellenintensität von der Nutzsignalamplitude zur Folge hat. Mittels der Positionierung der Ultraschallquellen möglichst nahe am jeweiligen Ort wird angestrebt, den Luftübertragungsweg des Ultraschallsignals so kurz wie möglich zu halten. Hierdurch kann der gewünschte Hörschalldruck mit möglichst geringem Ultraschalldruck erzeugt werden. Außerdem wird dadurch die parametrische Schallerzeugung in Luft minimiert, die eine unerwünschte, d.h. ein Übersprechen zu benachbarten Hörzonen erzeugende Hörschall-Demodulation aufgrund des parametrischen Effekts noch außerhalb des Gehörgangs zur Folge hätte. Des Weiteren wird die Ultraschallquelle der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage in einer Art und Weise ausgeprägt, die eine möglichst schwache Ultraschall-Richtwirkung erlaubt, so dass außerhalb des Gehörgangs die parametrische Hörschallerzeugung zugunsten einer möglichst großen Übersprechdämpfung weitest möglich unterbunden wird.The invention is based on the emission of an ultrasound signal modulated with an audio signal by means of an ultrasound source in air. The ultrasound source is in this case positioned so that the emitted ultrasound sources hit the eardrum of the target person or of the motor vehicle occupant as directly as possible. The thus resulting on the eardrum acoustic radiation pressure follows the modulation of the ultrasound carrier and thus demodulates the audio signal, which thereby directly in the ear of the target person or the vehicle occupant and nowhere else is audible. In the application of such an ultrasonic source in the interior of a motor vehicle, an automatic tracking of the ultrasound source is used according to the invention to compensate for any head movements of the target person or the vehicle occupant and always to ensure optimal coupling of the ultrasonic waves in the eardrum. According to the invention, a localized sonication of a target person or of a motor vehicle occupant in the interior of a motor vehicle is realized without disturbing other motor vehicle occupants who are in remote or adjacent hearing zones and without other motor vehicle occupants being able to overhear the acoustic program intended for a target person without authorization. According to the invention, one or two ultrasound sources are used, each of which is located in the vicinity of the or of the ears of the motor vehicle occupant located in the interior of the motor vehicle. The ultrasound sources are driven with a signal that is in the range of their resonance frequency and are modulated with an audio signal. If these modulated ultrasonic waves hit the eardrum, they generate an acoustic radiation pressure, which in turn exerts a force on the eardrum and deflects it accordingly. Due to the modulation of the ultrasound source and thus of the radiation pressure, this deflecting force is also modulated with the audio signal, whereby the eardrum resonates directly with the audio signal. As the acoustic radiation pressure of the energy density of the sound wave and thus of the sound intensity In principle, any modulation method can be used which results in an immediate dependence of the carrier acoustic wave intensity on the useful signal amplitude. By positioning the ultrasound sources as close as possible to the respective location, the aim is to keep the air transmission path of the ultrasound signal as short as possible. As a result, the desired auditory sound pressure can be generated with the lowest possible ultrasound pressure. It also minimizes parametric sound generation in the air, which would result in unwanted auditory noise demodulation, ie crosstalk to adjacent listening zones, due to the parametric effect outside the ear canal. Furthermore, the ultrasound source of the public address system according to the invention is pronounced in a manner which permits the weakest possible ultrasound directivity, so that outside the auditory canal, the parametric generation of audible sound is prevented as much as possible in favor of the greatest possible crosstalk attenuation.

Um die Kopfbewegungen des zu beschallenden Kraftfahrzeuginsassen bei der Positionierung und Orientierung der diesem Kraftfahrzeuginsassen zugeordneten zumindest einen Ultraschallquelle möglichst optimal zu berücksichtigen, ist die erfindungsgemäße Beschallungsanlage mit einer Kamera versehen, mittels der als Hauptparameter die Kopfbewegungen und damit die räumliche Position einer Ohrmuschel des Kraftfahrzeuginsassen erfassbar sind. Mittels der Kamera der Beschallungsanlage kann entsprechend die Kopfposition des Kraftfahrzeuginsassen verfolgt werden. Durch eine entsprechende Bildauswertung und eine entsprechende Merkmalsextraktion können aus den Daten der Kamera die Positionen der Ohren relativ zu den Ultraschallquellen bestimmt werden. Mit entsprechenden Stellmotoren bzw. einer entsprechenden Verstellaktorik können die Ultraschallquellen somit unter Berücksichtigung der Position der Ohrmuscheln optimal positioniert werden.In order to optimally take into account the head movements of the motor vehicle occupant to be irradiated in the positioning and orientation of the at least one ultrasound source assigned to this motor vehicle occupant, the public address system according to the invention is provided with a camera by means of which the head movements and thus the spatial position of an auricle of the motor vehicle occupant can be detected as the main parameter , By means of the camera of the public address system, the head position of the motor vehicle occupant can be tracked accordingly. By means of a corresponding image analysis and a corresponding feature extraction, the positions of the ears relative to the ultrasound sources can be determined from the data of the camera. With appropriate servomotors or a corresponding Verstellaktorik the ultrasonic sources can thus be optimally positioned taking into account the position of the pinnae.

Wenn der Kamera eine Auswertestufe zugeordnet ist, mittels der aus der räumlichen Position der Ohrmuschel die Orientierung eines Trommelfell-Normalenvektors ermittelbar ist, kann die jeweilige Ultraschallquelle so ausgerichtet werden, dass der Schalleinfallswinkel auf das Trommelfell möglichst rechtwinklig erfolgt. Da der akustische Strahlungsdruck eine vektorielle Größe in Schallausbreitungsrichtung ist, wird das Trommelfell des Kraftfahrzeuginsassen somit bei senkrechtem Auftreffen der Ultraschallwellen auf selbiges maximal zu Schwingungen mit der Audioschallfrequenz angeregt. Bei optimaler Ausrichtung kann somit die Intensität der Ultraschallwelle bei Beibehaltung eines definierten Lautstärkeeindrucks reduziert und somit ein Übersprechen auf andere individuelle Hörzonen durch parametrische Hörschallerzeugung in Luft weiter reduziert werden. Mittels der Stellmotoren bzw. der Aktorik kann die Ausrichtung bzw. die Orientierung der Ultraschallquellen unter Berücksichtigung der normalen Vektoren der Trommelfelle bewerkstelligt werden, wobei die Ultraschallquellen somit optimal auf die Trommelfelle ausrichtbar sind, indem ein automatischer Angleich beider normalen Vektoren erfolgt.If the camera is associated with an evaluation stage, by means of which the orientation of a tympanic normal vector can be determined from the spatial position of the auricle, the respective ultrasound source can be aligned so that the sound incidence angle to the eardrum is as perpendicular as possible. Since the acoustic radiation pressure is a vector variable in the sound propagation direction, the eardrum of the motor vehicle occupant is thus excited to a maximum of vibrations with the audio sound frequency when the ultrasonic waves impinge on the same. With optimal alignment, the intensity of the ultrasonic wave can thus be reduced while maintaining a defined impression of loudness, and thus crosstalk to other individual hearing zones can be further reduced by parametric sound generation in air. By means of the servomotors or the actuator, the orientation or orientation of the ultrasound sources can be accomplished taking into account the normal vectors of the eardrums, the ultrasound sources are thus optimally aligned to the eardrums by an automatic adjustment of both normal vectors.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Beschallungsanlage eine Sensorik auf, mittels der als Hilfsparameter Fahrwerksparameter, Fahrbetriebsparameter etc. erfassbar sind.According to a further advantageous embodiment, the public address system according to the invention has a sensor system by means of which chassis parameters, driving parameters, etc. can be detected as auxiliary parameters.

Wenn dieser Sensorik eine Verarbeitungsstufe zugeordnet ist, mittels der aus den in der Sensorik erfassten Fahrwerksparametern, Fahrbetriebsparametern etc. Hilfsparameter, wie z.B. ein Nick-, Roll- und/oder Gierwinkel des Kraftfahrzeugs sowie deren zeitliche Ableitungen ermittelbar sind, können bei der Einschätzung bzw. bei der Ermittlung der Position der Ohrmuscheln diese Hilfsparameter berücksichtigt werden.If this sensor system is associated with a processing stage, by means of the detected from the sensors in the chassis parameters, driving parameters, etc. auxiliary parameters, such as. a pitch, roll and / or yaw angle of the motor vehicle and their time derivatives can be determined, these auxiliary parameters can be taken into account in the assessment or in the determination of the position of the pinnae.

Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Beschallungsanlage eine Datenfusionsstufe auf, in der die mittels der Kamera, deren Auswertestufe, der Sensorik und deren Verarbeitungsstufe erfassten bzw. ermittelten Haupt- und Hilfsparameter zusammenführbar sind.Advantageously, the public address system according to the invention has a data fusion stage in which the main and auxiliary parameters detected or determined by means of the camera, its evaluation stage, the sensor system and its processing stage can be combined.

Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Beschallungsanlage in einer vorteilhaften Weiterbildung mit einer Auswerteeinheit versehen, an die die Kamera und die Sensorik und ggf. die Auswertestufe der Kamera, die Verarbeitungsstufe der Sensorik und die Datenfusionsstufe angeschlossen sind und in der aus von der Kamera und der Sensorik übermittelten Daten die räumliche Position der Ohrmuschel einschätzbar ist.Furthermore, the public address system according to the invention is provided in an advantageous development with an evaluation to which the camera and the sensor and possibly the evaluation stage of the camera, the processing stage of the sensor and the data fusion stage are connected and transmitted in the from the camera and the sensor Data the spatial position of the auricle can be estimated.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage gehört zu dieser eine Vergleichseinheit, mittels der die erfasste Position der Ohrmuschel mit der eingeschätzten Position der Ohrmuschel vergleichbar und mittels der auf eine Verstellaktorik der Ultraschallquelle zwecks Anpassung der räumlichen Position und Stellung der Ultraschallquelle an die erfasste Position der Ohrmuschel einwirkbar ist.According to a further expedient development of the sound system according to the invention, this includes a comparison unit, by means of which the detected position of the auricle is comparable to the estimated position of the auricle and by means of adjusting the ultrasound source to adapt the spatial position and position of the ultrasound source to the detected position of the Pinna is acted upon.

Um eine optimale Ein- bzw. Verstellung der zumindest einen Ultraschallquelle zu realisieren, ist der Vergleichseinheit der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage vorteilhaft eine Parametervorgabestufe zugeordnet, mittels der für den in der Vergleichseinheit realisierten Vergleich zwischen erfasster und eingeschätzter Position der Ohrmuschel Regelparameter, z.B. eine erlaubte Abweichung zwischen erfasster und eingeschätzter Position der Ohrmuschel, Eingreif- und Freigabeschwellen, eine Hysterese und Zeitkonstanten vorgebbar sind.In order to realize an optimal adjustment or adjustment of the at least one ultrasound source, the comparison unit of the public address system according to the invention is advantageously assigned a parameter provision stage, by means of which the comparison realized in the comparison unit between detected and estimated position of the auricle control parameters, eg a permitted deviation between detected and estimated position of the auricle, engagement and release thresholds, a hysteresis and time constants can be specified.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn mittels der Vergleichseinheit der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage unzulässige, in Verbindung mit einem Unfallereignis od.dgl. auftretende Parameter erfassbar sind und die Verstellaktorik der Ultraschallquelle so steuerbar ist, dass die Ultraschallquelle bei Erfassung derartiger Parameter in eine geschützte Ausgangsposition rückfahrbar ist. Hierdurch können gleichzeitig automotive Anforderungen, wie z.B. der Kopf-Bewegungskomfort und Crash-Anforderungen erfüllt werden, da die Ultraschallquellen mittels der Verstellaktorik in eine versenkbare Position verbringbar sind. Entsprechend kann die gesamte Verstellaktorik inklusive Ultraschallquellen bei starken Kopfbewegungen oder bei Signalen eines Unfalls, welche z.B. über CAN oder andere Schnittstellen vom Kraftfahrzeug an die Beschallungsanlage übermittelt werden, schnell versenkt werden, z.B. unter eine schützende Oberfläche. So ist beispielsweise ein Versenken der Ultraschallquellen nebst Verstellaktorik ins Innere einer Kopfstütze oder an die dem Fahrzeuginnenraum abgewandte Seite von Innenraumverkleidungen möglich. Hierdurch können die Ultraschallquellen sowie deren Verstellaktorik vor Beschädigungen geschützt werden, wobei selbstverständlich andererseits der Kopf des Kraftfahrzeuginsassen vor Anprall und/oder daraus resultierenden Verletzungen geschützt werden kann.Moreover, it is advantageous if by means of the comparison unit of the public address system according to the invention inadmissible, in connection with an accident event or the like. occurring parameters are detected and the Verstellaktorik the ultrasound source is controllable so that the ultrasound source when detecting such parameters in a protected starting position is traversable. As a result, automotive requirements, such as e.g. the head-movement comfort and crash requirements are met, since the ultrasound sources can be brought into a retractable position by means of Verstellaktorik. Accordingly, the entire Verstellaktorik including ultrasonic sources in strong head movements or signals of an accident, which, for example. be transmitted via CAN or other interfaces from the motor vehicle to the public address system, quickly submerged, e.g. under a protective surface. Thus, for example, a sinking of the ultrasound sources together with Verstellaktorik into the interior of a headrest or on the side facing away from the passenger compartment of interior trim is possible. In this way, the ultrasound sources and their Verstellaktorik can be protected from damage, of course, on the other hand, the head of the motor vehicle occupant can be protected from impact and / or resulting injuries.

Vorteilhaft ist die Verstellaktorik der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage mechanisch, z.B. als Schrittmotor, oder elektronisch, z.B. als Phased-Array-Ansteuerung der Ultraschallwelle ausgebildet.Advantageously, the adjusting actuator of the public address system according to the invention is mechanically, e.g. as a stepping motor, or electronically, e.g. formed as a phased array drive of the ultrasonic wave.

Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten konventionellen Beschallungsanlagen für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs lassen sich mit der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage erheblich höhere Übersprechdämpfungen erzielen. Da der akustische Strahlungsdruck keine Frequenzabhängigkeit aufweist, entfällt auch der bei bekannten parametrischen Ultraschalllautsprechern oftmals kritisierte Mangel an Tieftonwiedergabefähigkeit.In comparison to conventional sound systems known from the prior art for the interior of a motor vehicle, considerably higher crosstalk attenuations can be achieved with the public address system according to the invention. Since the acoustic radiation pressure has no frequency dependence, also eliminates the lack of low-frequency reproducibility often criticized in known parametric ultrasonic speakers.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur für die erfindungsgemäße Beschallungsanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs wesentliche Elemente prinzipiell darstellt.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the drawing, the sole figure of the inventive system for the interior of a motor vehicle essential elements in principle.

Eine in der Figur dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschallungsanlage 1 dient dazu, den Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu beschallen. Zu der in der einzigen Figur gezeigten Beschallungsanlage gehört zumindest eine in der Figur nicht gezeigte Ultraschallquelle, wobei entsprechend der Anzahl der Ohren eines Kraftfahrzeuginsassen insbesondere auch zwei Ultraschallquellen vorgesehen sein können.An embodiment shown in the figure of a public address system according to the invention 1 serves to sound the interior of a motor vehicle. At least one ultrasound source, not shown in the figure, belongs to the public address system shown in the single FIGURE, wherein, in particular, two ultrasound sources may be provided corresponding to the number of ears of a motor vehicle occupant.

Jede Ultraschallquelle ist im Bereich eines Ohres bzw. nahe am Ohr eines Kraftfahrzeuginsassen anordbar. Darüber hinaus ist jede Ultraschallquelle der Beschallungsanlage 1 mittels eines Signals ansteuerbar, das im Bereich der Resonanzfrequenz der zumindest einen Ultraschallquelle liegt und das darüber hinaus mit einem Audiosignal modulierbar ist. Die räumliche Position und die Stellung der zumindest einen Ultraschallquelle ist in Abhängigkeit von Kopfbewegungen des vorstehend erwähnten Kraftfahrzeuginsassen anpassbar und ausrichtbar.Each ultrasonic source can be arranged in the region of an ear or close to the ear of a motor vehicle occupant. In addition, each ultrasonic source is the PA system 1 can be controlled by means of a signal which lies in the region of the resonance frequency of the at least one ultrasound source and which, moreover, can be modulated with an audio signal. The spatial position and the position of the at least one ultrasound source can be adapted and aligned as a function of head movements of the aforementioned motor vehicle occupant.

Diejenigen Bauteile und Elemente der Beschallungsanlage 1, die für die Positionierung der zumindest einen Ultraschallquelle sowie für deren Ausrichtung vorgesehen sind, werden im Folgenden näher erläutert.Those components and elements of the public address system 1 , which are provided for the positioning of the at least one ultrasound source and for their orientation, are explained in more detail below.

Zu der geschilderten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschallungsanlage gehört eine Kamera 2, mittels der der Kopf des Kraftfahrzeuginsassen bzw. die Stellung des Kopfes des Kraftfahrzeuginsassen erfassbar ist. Seitens der Kamera 2 erfasste optische Daten werden an eine Objekterkennungseinheit 3 weitergeleitet, mittels der optische Merkmale, wie Kanten, Flächen und komplexere Objekte, z.B. Ohrmuscheln des Kraftfahrzeuginsassen, erkennbar sind. Für die Beschallungsanlage 1 ist wesentlich, dass die Objekterkennungseinheit 3 die Ohrmuschel erfasst. Der Objekterkennungseinheit 3 ist eine Auswertestufe 4 nachgeordnet, in der die optischen Daten der Kamera sowie die in der Objekterkennungseinheit erkannten Informationen weiter verarbeitet werden. In dieser Auswertestufe werden Hauptparameter ermittelt, die zur Steuerung der Beschallungsanlage 1 bzw. der dieser zugehörigen zumindest einen Ultraschallquelle erforderlich sind, z.B. eine räumliche Position der Ohrmuschel und eine daraus abgeleitete Orientierung eines Trommelfell-Normalenvektors des Kraftfahrzeuginsassen.To the described embodiment of the public address system according to the invention includes a camera 2 , by means of which the head of the motor vehicle occupant or the position of the head of the motor vehicle occupant can be detected. On the part of the camera 2 detected optical data are sent to an object recognition unit 3 forwarded by means of the optical features, such as edges, surfaces and more complex objects, such as earcups of the motor vehicle occupant, are recognizable. For the public address system 1 is essential that the object recognition unit 3 the auricle is captured. The object recognition unit 3 is an evaluation level 4 downstream, in which the optical data of the camera and the information detected in the object recognition unit are further processed. In this evaluation stage, main parameters are determined which are used to control the sound system 1 or the associated at least one ultrasonic source are required, for example, a spatial position of the auricle and a derived therefrom orientation of a tympanic normal vector of the motor vehicle occupant.

Die in der Auswertestufe 4 ermittelten Hauptparameter werden an eine Datenfusionsstufe 5 weitergeleitet.The in the evaluation stage 4 determined main parameters are sent to a data fusion stage 5 forwarded.

An die Eingangsseite dieser Datenfusionsstufe 5 ist darüber hinaus eine Sensorik 6 angeschlossen, mittels der Fahrwerks- und Beschleunigungsparameter sowie mittels eines Gyroskops erfasste Parameter etc. erfassbar sind. Die seitens der Sensorik 6 erfassten Parameter bzw. Hilfsparameter werden von der Sensorik 6 an eine Verarbeitungsstufe 7 weitergeleitet. In der Verarbeitungsstufe 7 werden aus den in der Sensorik 6 erfassten und von dieser weitergeleiteten Hilfsparametern z.B. ein Nick-, ein Roll-, ein Gierwinkel des Kraftfahrzeugs sowie deren jeweilige zeitliche Ableitungen ermittelt. Auch weitere vergleichbare Hilfsparameter können in der Verarbeitungsstufe 7 erfasst bzw. ermittelt werden. Die in der Verarbeitungsstufe 7 erfassten bzw. ermittelten Hilfsparameter werden von der Verarbeitungsstufe 7 an die Datenfusionsstufe 5 weitergeleitet, in der nunmehr die vorstehend erwähnten erforderlichen bzw. nützlichen Haupt- und Hilfsparameter zusammengeführt werden.To the input side of this data fusion stage 5 is also a sensor 6 connected, detected by means of the chassis and acceleration parameters and by means of a gyroscope parameters etc. can be detected. The part of the sensor 6 recorded parameters or auxiliary parameters are from the sensor 6 to a processing stage 7 forwarded. In the processing stage 7 become out of those in the sensor 6 detected and forwarded by this auxiliary parameters, for example, a pitch, a roll, a yaw angle of the motor vehicle and their respective time derivatives determined. Other comparable auxiliary parameters can also be used in the processing stage 7 be detected or determined. The in the processing stage 7 detected or determined auxiliary parameters are from the processing stage 7 to the data fusion stage 5 in which now the above-mentioned necessary or useful main and auxiliary parameters are brought together.

Aus der Datenfusionsstufe 5 werden die dort zusammengeführten Haupt- und Hilfsparameter an eine Auswerteeinheit 8 weitergeleitet, in der die Ist-Werte dieser Haupt- und Hilfsparameter geschätzt werden. Die Hauptparameter, wie z.B. die Position der Ohrmuscheln und die Trommelfell-Normalenvektoren, können aufgrund von Fahrzeugbewegungen und aufgrund statistischer Schätz-Ungenauigkeiten unzuverlässig sein. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, können in der Auswerteeinheit 8 unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, z.B. eine zeitliche Mittelung. Zusätzlich können die Hilfsparameter, wie z.B. der Nick-, Roll- und Gierwinkel, sowie deren zeitliche Ableitungen dazu verwendet werden, Schätz-Ungenauigkeiten, absichtliche Kopfbewegungen und willkürliche Kopfbewegungen voneinander zu separieren, um dadurch die Zuverlässigkeit der geschätzten Hauptparameter zu erhöhen. Die Einbeziehung der Hilfsparameter kann zu einer weiteren Verbesserung der geschätzten Werte benutzt werden, indem durch Kenntnis der Fahrzeugbewegung eine bestimmte Kopfbewegung z.B. ein Nicken aufgrund des Überfahrens einer Fahrbahnunebenheit, vorausgesehen wird und dementsprechend eine Nachführung einer im Folgenden noch näher beschriebenen Aktorik 9 mit optimaler Präzision in Echtzeit ermöglicht wird.From the data fusion stage 5 The main and auxiliary parameters merged there are sent to an evaluation unit 8th in which the actual values of these main and auxiliary parameters are estimated. The main parameters, such as the position of the pinnae and eardrum normal vectors, may be unreliable due to vehicle motion and due to statistical estimation inaccuracies. In order to increase the reliability, can in the evaluation unit 8th different methods are used, for example a temporal averaging. In addition, the auxiliary parameters, such as pitch, roll, and yaw angles, as well as their time derivatives, can be used to separate estimation inaccuracies, deliberate head movements, and random head movements, thereby increasing the reliability of the estimated principal parameters. The inclusion of the auxiliary parameters can be used to further improve the estimated values by foreseeing a certain head movement, for example a nod due to the passing over of a road bump, by knowledge of the vehicle movement and, accordingly, tracking of an actuator system which will be described in more detail below 9 with optimal precision in real time.

Von der Auswerteeinheit 8 werden die dort gewonnenen geschätzten Ist-Werte der Haupt- und Hilfsparameter an eine Vergleichseinheit 10 weitergeleitet. In der Vergleichseinheit 10 wird ein Vergleich der Soll- und der Ist-Werte vorgenommen. Die Vergleichseinheit 10 ist an eine Parametervorgabestufe 11 angeschlossen, mittels der spezifische RegelParameter vorgebbar sind, wie z.B. eine erlaubte Abweichung zwischen Soll- und Ist-Werten, Eingreif- und Freigabeschwellen, eine Hysterese und Zeitkonstanten für die Datenverarbeitung in der Vergleichseinheit 10 vorgebbar sind.From the evaluation unit 8th the estimated actual values of the main and auxiliary parameters obtained there are sent to a comparison unit 10 forwarded. In the comparison unit 10 a comparison of the setpoints and the actual values is made. The comparison unit 10 is to a parameter ordering level 11 connected, by means of which specific RegelParameter can be specified, such as a permitted deviation between the setpoint and actual values, intervention and release thresholds, a hysteresis and time constants for the data processing in the comparison unit 10 can be specified.

Darüber hinaus ist an die Vergleichseinheit 10 eine Sonderfallbehandlungseinheit 12 angeschlossen, mittels der über die Vergleichseinheit 10 auf die vorstehend bereits erwähnte Aktorik bzw. Verstellaktorik 9 in Sonderfällen zugegriffen werden kann, wie z.B. bei einem Unfall, wobei dann mittels eines schnellen Zurückfahrens der Aktorik 9 die an die Aktorik 9 angeschlossenen Ultraschallquellen in eine bestimmte beschützte Position zurückgefahren werden.In addition, to the comparison unit 10 a special case treatment unit 12 connected by means of the comparison unit 10 to the previously mentioned actuator or Verstellaktorik 9 can be accessed in special cases, such as in an accident, in which case by means of a fast return of the actuators 9 the to the actuators 9 connected ultrasound sources are returned to a specific protected position.

Mittels der Ausgangsdaten der Vergleichseinheit 10 wird die Verstellaktorik 9 gesteuert bzw. geregelt, mittels der die Positionierung und die Orientierung der Ultraschallquelle, die in der einzigen Figur nicht gezeigt ist, eingestellt bzw. verstellt wird. Die Verstellaktorik 9 kann beispielsweise mechanisch in Form eines Schrittmotors ausgestaltet sein, wobei alternativ auch eine elektronische Ausgestaltung in Form einer Phased-Array-Ansteuerung der Ultraschallquelle realisierbar ist.By means of the output data of the comparison unit 10 becomes the Verstellaktorik 9 controlled by means of which the positioning and orientation of the ultrasonic source, which is not shown in the single figure, is adjusted or adjusted. The adjustment actuator 9 For example, it may be designed mechanically in the form of a stepper motor, with an electronic embodiment in the form of a phased array control of the ultrasound source being alternatively feasible.

Claims (11)

Beschallungsanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch zumindest eine Ultraschallquelle, die im Bereich eines Ohres bzw. nahe am Ohr eines Kraftfahrzeuginsassen anordbar und mittels eines Signals ansteuerbar ist, das im Bereich der Resonanzfrequenz der zumindest einen Ultraschallquelle liegt und mit einem Audiosignal modulierbar ist, und deren räumliche Position und Stellung in Abhängigkeit von Kopfbewegungen des Kraftfahrzeuginsassen anpassbar ist.Sound system for the interior of a motor vehicle, characterized by at least one ultrasound source which can be arranged in the region of an ear or close to the ear of a motor vehicle occupant and by means of a signal which is in the range of the resonance frequency of the at least one ultrasound source and can be modulated with an audio signal, and their spatial position and position in response to head movements of the motor vehicle occupant is customizable. Beschallungsanlage nach Anspruch 1, mit einer Kamera (2), mittels der als Hauptparameter die Kopfbewegungen und damit die räumliche Position einer Ohrmuschel des Kraftfahrzeuginsassen erfassbar sind.Sound system after Claim 1 , with a camera (2), by means of which the head movements and thus the spatial position of an auricle of the motor vehicle occupant can be detected as the main parameter. Beschallungsanlage nach Anspruch 2, bei der der Kamera (2) eine Auswertestufe (4) zugeordnet ist, mittels der aus der räumlichen Position der Ohrmuschel die Orientierung eines Trommelfell-Normalenvektors ermittelbar ist.Sound system after Claim 2 in which the camera (2) is associated with an evaluation stage (4) by means of which the orientation of a tympanic normal vector can be determined from the spatial position of the auricle. Beschallungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Sensorik (6), mittels der als Hilfsparameter Fahrwerksparameter, Fahrbetriebsparameter etc. erfassbar sind.Public address system according to one of the Claims 1 to 3 , with a sensor system (6), by means of which auxiliary parameters chassis parameters, driving parameters, etc. can be detected. Beschallungsanlage nach Anspruch 4, bei der der Sensorik (6) eine Verarbeitungsstufe (7) zugeordnet ist, mittels der aus den in der Sensorik erfassten Fahrwerksparametern, Fahrbetriebsparametern etc. Hilfsparameter, z.B. ein Nick-, Roll- und/oder Gierwinkel des Kraftfahrzeugs sowie deren zeitliche Ableitungen ermittelbar sind.Sound system after Claim 4 in which the sensor system (6) is associated with a processing stage (7) by means of which auxiliary parameters, for example a pitch, roll and / or yaw angle of the motor vehicle and their time derivations can be determined from the chassis parameters, driving parameters etc. recorded in the sensor system , Beschallungsanlage nach Anspruch 5, mit einer Datenfusionsstufe (5), in der die mittels der Kamera (2), deren Auswertestufe (4), der Sensorik (6) und deren Verarbeitungsstufe (7) erfassten bzw. ermittelten Haupt- und Hilfsparameter zusammenführbar sind.Sound system after Claim 5 , with a data fusion stage (5), in which the main and auxiliary parameters detected or determined by means of the camera (2), its evaluation stage (4), the sensor system (6) and its processing stage (7) can be combined. Beschallungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, mit einer Auswerteeinheit (8), an die die Kamera (2) und die Sensorik (6) und ggf. die Auswertestufe (4) der Kamera (2), die Verarbeitungsstufe (7) der Sensorik (6) und die Datenfusionsstufe (5) angeschlossen sind und in der aus von der Kamera (2) und der Sensorik (6) übermittelten Daten die räumliche Position der Ohrmuschel einschätzbar ist. Public address system according to one of the Claims 4 to 6 , with an evaluation unit (8) to which the camera (2) and the sensor system (6) and optionally the evaluation stage (4) of the camera (2), the processing stage (7) of the sensor system (6) and the data fusion stage (5 ) are connected and in the from the camera (2) and the sensor (6) transmitted data, the spatial position of the auricle is estimated. Beschallungsanlage nach Anspruch 7, mit einer Vergleichseinheit (10), mittels der die erfasste Position der Ohrmuschel mit der eingeschätzten Position der Ohrmuschel vergleichbar und mittels der auf eine Verstellaktorik (9) der Ultraschallquelle zwecks Anpassung der räumlichen Position und Stellung der Ultraschallquelle an die erfasste Position der Ohrmuschel einwirkbar ist.Sound system after Claim 7 with a comparison unit (10), by means of which the detected position of the auricle is comparable with the estimated position of the auricle and by means of an adjusting actuator (9) of the ultrasound source for adapting the spatial position and position of the ultrasound source to the detected position of the auricle , Beschallungsanlage nach Anspruch 8, deren Vergleichseinheit (10) eine Parametervorgabestufe (11) zugeordnet ist, mittels der für den in der Vergleichseinheit (10) realisierten Vergleich zwischen erfasster und eingeschätzter Position der Ohrmuschel Regelparameter, z.B. eine erlaubte Abweichung zwischen erfasster und eingeschätzter Position der Ohrmuschel, Eingreif- und Freigabeschwellen, eine Hysterese und Zeitkonstanten, vorgebbar sind.Sound system after Claim 8 whose comparison unit (10) is associated with a parameter provision stage (11), by means of the comparison between the detected and estimated position of the auricle control parameters, for example a permitted deviation between detected and estimated position of the auricle, intervention and for the comparison unit (10) Release thresholds, a hysteresis and time constants, can be specified. Beschallungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, mittels deren Vergleichseinheit (10) unzulässige, in Verbindung mit einem Unfallereignis od.dgl. auftretende Parameter erfassbar sind und die Verstellaktorik (9) der Ultraschallquelle so steuerbar ist, dass die Ultraschallquelle bei Erfassung derartiger Parameter in eine geschützte Ausgangsposition rückfahrbar ist.Sound system after Claim 8 or 9 , by means of which the comparison unit (10) inadmissible, in connection with an accident event or the like. occurring parameters can be detected and the Verstellaktorik (9) of the ultrasonic source is controllable so that the ultrasonic source when detecting such parameters in a protected starting position is traversable. Beschallungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, deren Verstellaktorik (9) mechanisch, z.B. als Schrittmotor, oder elektronisch, z.B. als Phased-Array-Ansteuerung der Ultraschallquelle ausgebildet ist.Public address system according to one of the Claims 8 to 10 whose Verstellaktorik (9) is formed mechanically, eg as a stepper motor, or electronically, for example as a phased array control of the ultrasound source.
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