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Die Erfindung betrifft ein Mikrofon für ein Fahrzeug bzw. ein System zur Geräuschreduktion nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
EP 0 913 751 A ist bekannt, dass an einem autonomen Fahrzeug vier richtungsabhängige Mikrofone und Lautsprecher angeordnet sein können. Mit den Mikrofonen ist die Erkennung von akustischen Signalen zu realisieren, z.B. ein Martinshorn oder ein Bahnübergang.
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Das erfindungsgemäße Mikrofon für ein Fahrzeug bzw. das erfindungsgemäße System zur Geräuschreduktion mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr nicht Mikrofone im Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet werden müssen, sondern dass ein Fahrzeugteil, nämlich eine Fahrzeugscheibe, als Teil des Mikrofons verwendet wird. Damit ist eine weniger aufwendige Lösung und auch entsprechend günstigere möglich. Durch die Verwendung der Fahrzeugscheibe als Teil des Mikrofons, insbesondere als Teil einer Mikrofonmembran, kann im Innenraum des Fahrzeugs das Mikrofon selbst angeordnet werden, was die Ausführung günstiger gestaltet. Hierdurch kann der Aufbau vereinfacht und kostengünstiger werden. Auch die Endmontage im Fahrzeug kann dadurch deutlich vereinfacht werden. Es ist auch kein weiterer Bauraum im Außenbereich des Fahrzeugs benötigt. Der Bauraum ist bei unterschiedlichen Fahrzeugen sehr ähnlich.
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Es wird demnach ein Mikrofon für ein Fahrzeug mit einem Wandler vorgeschlagen, der Schall in ein elektrisches Signal wandelt, wobei der Wandler derart mit wenigstens einer Fahrzeugscheibe verbindbar ist, dass eine Schwingung der wenigstens einen Fahrzeugscheibe die Wandlung des Schalls in das elektrische Signal beeinflusst.
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Ebenfalls vorgeschlagen wird ein System zur Geräuschreduktion mit einem Auswertebaustein und einer Aktorik zur Reduktion des Geräusches in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal.
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Unter einem Mikrofon ist vorliegend ein Bauteil zu verstehen, das einen Wandler aufweist, der den Schall in ein elektrisches Signal wandelt. Hierbei kann jede Form des Wandlers für das Mikrofon verwendet werden, wie es auch in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt wird. Ein Wandler ist demnach ein Gerät, das eine physikalische Größe in eine andere wandelt, hier Schall in ein elektrisches Signal.
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Unter Schall ist eine wellenförmig sich ausbreitende Schwingung zu verstehen, die vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann.
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Das elektrische Signal bezeichnet jede Art von elektrischem Signal, die ein Signal repräsentieren kann. Dies kann in Spannungswerten sich ausdrücken, aber auch in Stromwerten oder jedem anderen Parameter, der über ein elektrisches Signal transportiert werden kann, beispielsweise auch Frequenzänderungen, die Wellenlänge eines periodischen elektrischen Signals einer Amplitude usw.
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Unter der Fahrzeugscheibe ist jedes Fenster im Fahrzeug zu verstehen, das einen Außenkontakt hat, denn erfindungsgemäß dient die Fahrzeugscheibe als Teil des Mikrofons und muss damit in Verbindung mit der Luft stehen.
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Unter der Schwingung der wenigstens einen Fahrzeugscheibe wird eine Schwingung des Schalls verstanden, beispielsweise die durch eine äußere Schallquelle von der Fensterscheibe aufgenommen wird und die dann im Rahmen des Schalls zu Schwingungen angeregt wird. Über diese Schwingungen erfolgt dann die Wandlung des Schalls in das elektrische Signal. Es ist möglich, dass nicht nur über die Fahrzeugscheibe selbst, sondern auch über andere Kanäle, beispielsweise direkt über die Luft, das Mikrofon den Schall aufnimmt, aber die Fahrzeugscheibe wird auch hier hinzugezogen. Das Mikrofon kann an einer Fahrzeugscheibe sich befinden, aber sich auch über mehrere erstrecken, oder es können insbesondere mehrere Mikrofone pro Fahrzeugscheibe vorhanden sein oder eben auch nur ein einziges.
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Mit dem System zur Geräuschreduktion ist beispielsweise ein System zu verstehen, das als aktive Geräuschreduktion bekannt ist. Damit können insbesondere Störgeräusche durch entsprechende Anregung über Lautsprecher kompensiert werden. Dazu wird ein Auswertebaustein verwendet, der ein Prozessor, ein Steuergerät oder auch nur eine Softwarefunktion sein kann, die in Abhängigkeit von dem Signal, das mit dem Mikrofon aufgenommen wird, ein Ansteuersignal für eine Aktorik zur Reduktion des Geräusches verwendet. Diese Aktorik kann beispielsweise am Mikrofon angeordnet sein. Auch der Auswertebaustein kann separat vom Mikrofon oder Teil des Mikrofons sein.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Mikrofons für ein Fahrzeug bzw. des Systems zur Geräuschreduktion möglich.
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Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, dass der Wandler ein leitendes Element aufweist, das mit der wenigstens einen Fahrzeugscheibe derart verbindbar ist, dass die Schwingungen einen Abstand zu einer Gegenelektrode, die der Wandler aufweist, verändern. Damit wird also das leitende Element mit der Fahrzeugscheibe verbunden oder weist Mittel dafür auf, um es damit zu verbinden, beispielsweise eine Klebung oder andere Art der Verbindungsmittel, um die Schwingung der Scheibe infolge einer Schalleinwirkung dazu zu nutzen, den Abstand zur Gegenelektrode zu verändern. Das heißt, das leitende Element bildet die andere Elektrode aus, sodass ein Kondensator vorliegt. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden eines Kondensators beeinflusst die Kapazität dieses Kondensators. Über die Kapazität wird die Spannung über dem Kondensator ebenso bestimmt. Daher führen Veränderungen in dem Abstand zu Spannungsänderungen, die dann ausgewertet werden können, als Wandlung des Schalls in ein elektrisches Signal. Das leitende Element muss daher derart gestaltet sein, dass es die Funktion einer Elektrode gegenüber der Gegenelektrode ausüben kann. Es sollte also entsprechend der Gegenelektrode bezüglich der Größe ausgestaltet sein, sodass sich zwei gleichartige Elektroden gegenüberstehen. Es muss leitend ausgebildet sein, damit die Ladungen sich dort ansammeln können. Dieses leitende Element wird dann auch weiter beschaltet im Mikrofon sowie auch die Gegenelektrode, sodass über einen Widerstand dann letztlich die Spannung gemessen werden kann.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass das leitende Element eine elektrisch leitende Folie ist, die mit der Gegenelektrode einen Kondensator bildet. Die Ausbildung des Elements als elektrisch leitende Folie ist eine Ausgestaltung, die eine flexible Anbindung an die Fensterscheibe ermöglicht. Die Folie kann beispielsweise mit einem Metall, aber auch mit Kohle oder anderen leitenden Substanzen beschichtet sein.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass dem Mikrofon ein Auswertebaustein zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal ein Ausgabesignal erzeugt. Die Zuordnung des Ausgabebausteins zum Mikrofon kann insbesondere zwei verschiedene Ausprägungen aufweisen. Zum einen könnte das Mikrofon selbst den Auswertebaustein aufweisen oder der Auswertebaustein ist abgesetzt vom Mikrofon beispielsweise in einem Steuergerät vorhanden und dabei könnte auch der Auswertebaustein nun lediglich eine Funktion auf einem größeren Prozessor darstellen. Bei dem Auswertebaustein kann es sich um einen Rechner jeder Art, Mikroprozessor, Mikrocontroller, ein Grafikprozessor usw. handeln. Der Auswertebaustein erzeugt dann in Abhängigkeit vom elektrischen Signal ein Ausgabesignal. Für diese Erzeugung sind dem Auswertebaustein Auswertefunktionen zugänglich, die das elektrische Signal so analysieren, dass daraus ein Ausgabesignal abgeleitet werden kann. Ist also beispielsweise das Signal derart, dass daraus das Annähern eines Rettungsfahrzeugs erkannt wird, dann ist das Ausgabesignal so, dass die Fahrzeuginsassen auf dies hingewiesen werden, damit gegebenenfalls das Fahrzeug, in dem sich das Mikrofon befindet, für das Rettungsfahrzeug Platz macht.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Wandler wenigstens eine Spule aufweist, die derart mit der Fensterscheibe verbindbar ist, dass die Schwingung eine Induktionsspannung an der wenigstens einen Spule bewirkt. Damit wird im Gegensatz zum oben genannten Kondensatormikrofon ein Mikrofon mit Spule vorgeschlagen, bei dem die Schwingung der Scheibe die Induktionsspannung verändert, indem mehr oder weniger beispielsweise eine Spule in einen Magneten hineingeschoben wird.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Wandler einen Aluminiumstreifen aufweist, der dort mit der Fahrzeugscheibe derart verbindbar ist, dass die Schwingung eine Bewegung des Aluminiumstreifens bewirkt, die in einem Magnetfeld eine Spannung als das elektrische Signal induziert. Hier wird ein sogenanntes Bändchenmikrofon vorgeschlagen, mit dem der Aluminiumstreifen in einem statischen Magnetfeld bewegt wird und damit eine Induktionsspannung nach dem Induktionsgesetz bewirkt. Auch dies ist eine Auswertung der Schwingung der Fensterscheibe hier wieder über die Induktion.
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Weiterhin ist von Vorteil, dass der Wandler wenigstens ein piezoelektrisches Element aufweist, das derart mit der Fahrzeugscheibe verbindbar ist, dass die Schwingung zu einer Verformung des wenigstens einen piezoelektrischen Elements führt. Hier bewirkt dann die Schwingung der Fensterscheibe infolge des Schalls eine Verformung des piezoelektrischen Elements und damit eine entsprechende Änderung der Piezospannung, die an dem piezoelektrischen Element abgreifbar ist.
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Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Auswertebaustein das Ausgangssignal derart erzeugt, dass das Ausgangssignal eine Signalisierung an einen Fahrzeuginsassen angibt. Der oben genannte Auswertebaustein hat hier demnach die Funktion in Abhängigkeit vom erkannten Schallsignal, eine Signalisierung an den Fahrzeuginsassen zu bewirken, wie beispielsweise bei einem Rettungsfahrzeug oder anderen vorgegebenen Fällen, die eine Signalisierung an die Fahrzeuginsassen notwendig machen.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Ausgangssignal eine Reduktion der Geräusche anfordert. Dies ist demnach ein Signal, das aus dem Auswertebaustein ausgegeben wird, das an eine aktive Geräuschreduktion weitergegeben wird, um entsprechend der aufgetretenen Geräusche eine Gegenerzeugung zu bewirken, die dies kompensiert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Blockschaltbild der Erfindung;
- 2 ein zweites Blockschaltbild der Erfindung und
- 3 ein drittes Blockschaltbild der Erfindung.
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1 zeigt ein Egofahrzeug EV, das das erfindungsgemäße Mikrofon bzw. das erfindungsgemäße System zur Geräuschreduktion aufweist. Ein Mikrofon MI, das mit der Fahrzeugscheibe erfindungsgemäß verbindbar ist, liefert das elektrische Signal an einen Auswertebaustein AU, der in Abhängigkeit davon über sein Ausgangssignal eine Ansteuerung AN ansteuert. Dies könnte nun der Aktor zur Geräuschreduktion sein, indem ein Gegengeräusch erzeugt wird, um das aufgefundene Geräusch zu kompensieren. Alternativ und zusätzlich ist es möglich, dass auch eine Anzeige angesteuert wird, um akustisch oder optisch oder haptisch den Fahrzeuginsassen oder dem Fahrer eine entsprechende Signalisierung mitzuteilen. Dargestellt ist weiterhin ein Rettungsfahrzeug RF, das durch das Mikrofon über beispielsweise das Martinshorn erkannt wird, sodass das Egofahrzeug dann entweder manuell oder automatisch zur Seite fährt, um Platz für das Rettungsfahrzeug zu machen.
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2 zeigt eine beispielhafte Anbindung des erfindungsgemäßen Mikrofons MI an eine Fensterscheibe FS. Auf die Fensterscheibe FS trifft Schall S und bewirkt dort eine Schwingung SI in der Fensterscheibe, die zu einer Verformung der Fensterscheibe FS führt. Auf der Fensterscheibe FS ist jedoch ein elektrisches Element E fest angeordnet, das entsprechend verformt wird und da das Element E eine Elektrode in einem Kondensator mit der Gegenelektrode GE darstellt, wird sich dann der Abstand A entsprechend der Schwingung SI verändern. Dies führt bei dem Kondensator über die Kapazitätsänderung zu einer Spannungsänderung, die über den hochohmigen Widerstand R, der mit dem elektrischen Element E, beispielsweise einer leitenden Folie, und der Gegenelektrode GE über die Spannungsversorgung U abgreifbar ist. Diese Spannungsänderung kann beispielsweise über ein weiteres Netzwerk N an einen Mikroprozessor als Auswertebaustein zur Auswertung weitergegeben werden als das elektrische Signal. Daraus leitet der Mikroprozessor µP ein Ausgangssignal ab, das beispielsweise an die aktive Geräuschunterdrückung ANC, an einen Lautsprecher L oder eine Anzeige D weitergegeben werden kann. Dort führt es entweder eben zur aktiven Geräuschreduktion oder zu einer Ausgabe über den Lautsprecher L oder die Anzeige D. Die Spannungsversorgung U ist notwendig, um den Kondensator mit einer gewissen Spannung zu beaufschlagen, die dann entsprechend der Schwingung SI verändert wird und entsprechend auswertbar ist.
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3 zeigt eine weitere Konfiguration der Erfindung. Drei erfindungsgemäße Mikrofone MI1, MI2 und MI3 sind an ein Steuergerät SG angeschlossen, das als Auswertebausteine die Grafikprozessoren GPU1, GPU2 und GPU3 aufweist. Diese werten die Signale der Mikrofone MI1 bis MI3 aus und erzeugen danach ein Ausgangssignal, das an die Ansteuerung AN zur weiteren Verarbeitung übertragen wird.
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Bezugszeichenliste
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- EV
- Egofahrzeug
- MI, MI1 - 3
- Mikrofon
- AU
- Auswertebaustein
- AN
- Ansteuerung Aktorik
- RF
- Rettungsfahrzeug
- S
- Schall
- SI
- Schwingung
- E
- leitendes Element
- A
- Abstand
- GE
- Gegenelektrode
- U
- Spannungsversorgung
- R
- hochohmiger Widerstand
- N
- Netzwerk
- µP
- Mikroprozessor
- ANC
- aktive Rauschunterdrückung, Geräuschunterdrückung
- L
- Lautsprecher
- D
- Anzeige
- SG
- Steuergerät
- GPU1 - 3
- Grafikprozessor
- AN
- Ansteuerung Aktorik
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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