DE102020207041A1

DE102020207041A1 - Kommunikationsverfahren

Info

Publication number: DE102020207041A1
Application number: DE102020207041.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Schulte Moenting
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2021-12-09
Also published as: WO2021244986A1

Abstract

Kommunikationsverfahren mit einer Kommunikationsanordnung (10), wobei die Kommunikationsanordnung (10) eine Anzahl von Schallwandlern umfasst, die in einem Array (12) angeordnet sind, wobei als Schallwandler mindestens zwei Lautsprecher (16) und mindestens ein Mikrofon (18) vorgesehen sind, bei dem Kommunikationsverfahren eine Kommunikation mit wenigstens einem weiteren Kommunikationsteilnehmer durchgeführt wird, indem die Kommunikationsanordnung mit den mindestens zwei Lautsprechern (16) Schallwellen sendet, die von dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer erfasst werden und der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer Schallwellen abgibt, die von dem mindestens einen Mikrofon (18) der Kommunikationsanordnung (10) erfasst werden, und die mindestens zwei Mikrofone (18, 58) Schallwellen des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers erfassen und auswerten und auf Grundlage einer erkannten Phasenverschiebung eine dynamische Lokalisierung des wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmers vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren und eine Kommunikationsanordnung, die zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist.
Stand der Technik
Unter Kommunikation wird der Austausch oder die Übertragung von Informationen verstanden, die auf verschiedene Arten, bspw. verbal oder nonverbal, stattfinden kann. Bei der verbalen Kommunikation erfolgt die Übertragung der Informationen mittels akustischer Wellen bzw. Schallwellen. Bei einer Übertragung von Informationen bspw. über Lichtsignale als nonverbale Kommunikation erfolgt die Übertragung mittels elektromagnetischer Wellen im sichtbaren Bereich.
Zu beachten ist, dass Wellen jeder Art, insbesondere elektromagnetische und akustische Wellen, sich, wenn mindestens zwei Wellen aufeinandertreffen, gegenseitig auslöschen oder verstärken können. Dies wird heute bereits für verschiedene Anwendungen genutzt. Die bekanntesten Beispiele sind:

Eine sogenannte aktive Geräuschunterdrückung (ANC: Active Noise Cancellation) in Kopfhörern, bei der Schall von außen per Mikrofon gemessen und durch Einstrahlung eines phasenversetzen Gegenschalls in das Ohr dieses Geräusch ausgelöscht wird.

Durch phasenversetztes Ausstrahlen eines elektromagnetischen Signals aus einem ganzen Feld von Antennen in einer festen Anordnung, einer sogenannten Phasen-Array-Antenne, kann das Signal vieler einzelner Antennen gezielt in einer Richtung verstärkt werden. Damit ist ein elektronisches Schwenken des Signals möglich, was bspw. den Bau von Radar- oder Richtfunksystemen mit Strahlausrichtung ohne bewegte Teile ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Kommunikationsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Kommunikationsanordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Das vorgestellte Kommunikationsverfahren wird mit einer Kommunikationsanordnung durchgeführt, die mit wenigstens einem weiteren Kommunikationsteilnehmer kommuniziert, d. h. Daten bzw. Informationen austauscht. Der Datenaustausch erfolgt mittels Schallwellen.
Die Kommunikationsanordnung umfasst eine Anzahl von Schallwandlern, die in einem Array angeordnet sind. Ein Array ist dabei ein Feld bzw. ein Bereich, in dem die Schallwandler, bspw. in einer Ebene, angeordnet sind. Als Schallwandler sind mindestens zwei Lautsprecher und mindestens zwei Mikrofone vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Kommunikationsanordnung mindestens zwei Lautsprecher und mindestens zwei Mikrofone aufweist. In Ausgestaltung sind mehr als zwei Lautsprecher und/oder mehr als zwei Mikrofone vorgesehen.
Bei dem Kommunikationsverfahren erfolgt eine Kommunikation zwischen der Kommunikationsanordnung und dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer, bspw. einer Person. Dabei sendet die Kommunikationsanordnung mit den mindestens zwei Lautsprechern Schallwellen, die eine Information repräsentieren und die von dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer erfasst werden, so dass der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer die Information erfassen, verarbeiten und auswerten kann. Der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer wiederum gibt Schallwellen ab, die ebenfalls eine Information repräsentieren und die von den mindestens zwei Mikrofonen der Kommunikationsanordnung erfasst werden. Auch diese Schallwellen werden mit einer geeigneten Einrichtung, die typischerweise eine Recheneinheit mit Spracherkennung hat, verarbeitet und ausgewertet. In einem Szenarion gibt zunächst die Kommunikationsanordnung eine Information ab, die von dem wenigstens einen Kommunikationsteilnehmer erfasst und verarbeitet wird. Auf diese Information antwortet der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer, indem dieser die Antwort repräsentierende Schallwellen abgibt, die dann auch von der Kommunikationsanordnung aufgenommen und verarbeitet werden können. In einem anderen Szenarion antwortet die Kommunikationsanordnung auf eine Information bzw. auf eine Frage des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers. Dies kann auch mehrere Male hintereinander erfolgen. Auf diese Weise kann eine Kommunikation stattfinden.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die mindestens zwei Mikrofone die Schallwellen des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers erfassen. Die erfassten Schallwellen werden ausgewertet. Auf Grundlage einer erkannten Phasenverschiebung wird eine insbesondere dynamische Lokalisierung des wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmers vorgenommen. So kann der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer lokalisiert werden. Die Mikrofone werden dann auch als Phasen-Array-Mikrofone bezeichnet. Eine dynamische Lokalisierung bedeutet, dass, falls sich der Kommunikationsteilnehmer bewegt, diese Bewegung nachvollzogen werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass eine sprachgesteuerte Interaktion zwischen der Kommunikationsanordnung und dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer in Austausch mit der Kommununikationsanordnung treten kann, so können bspw. Fragen des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers gezielt beantwortet werden. Dies wird auch als Sprachassistenzfunktion bezeichnet. Die Kommunikationsanordnung reagiert damit auf Anfragen des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers, wobei insbesondere auch die Position des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers berücksichtigt werden kann. Durch diese Interaktion kann der wenigstens eine Kommunuikationsteilnehmer auf die Kommunikationseinrichtung und damit bspw. auch auf ein Fahrzeug, z. B. ein Bus, in dem die Kommunikationsanordnung angeordnet ist, einwirken bzw. dessen Betrieb beeinflussen. Die Kommunikationsanordnung wiederum kann gezielt Anweisungen geben, die von dem wenigstens einen Kommunikationsteilnehmer zu befolgen sind.
Die Kommunikationsanordnung kann mindestens zwei Lautsprecher aufweisen, die einzeln angesteuert werden, wobei durch ein phasenversetztes bzw. phasenverschobenes Ausstrahlen der Schallwellen durch die wenigstens zwei Lautsprecher eine Fokussierung der Schallwellen auf einen Bereich erreicht wird. Auf diese Weise können Kommunikationsteilnehmer, wenn deren Position bekannt ist, gezielt angesprochen werden.
Es wird dabei die Phasenverschiebung der in einer Art Matrix angeordneten Lautsprecher genutzt, um durch Interferenz eine Bündelung zu erzielen. Die Sendeenergie wird in der gewünschten Richtung verstärkt, während die unerwünschten Richtungen durch destruktive Interferenz ausgelöscht werden. Zu beachten ist, dass dies insbesondere dann gut funktioniert, wenn der übertragene Frequenzbereich möglichst schmal ist. Dies kann bei Übertragung von reinen Sprachinformationen erreicht werden. Die Lautsprecher werden dann auch als Phasen-Array-Lautsprecher bezeichnet.
Für das Senden mittels Lautsprechern gilt: Eine übergeordnete Steuereinheit sendet auf allen Lautsprechern das gleiche Signal, jedoch bei bestimmten Lautsprechern um einen definierten Zeitraum verzögert. Die Verzögerungszeit ist abhängig von der Entfernung und der Schallgeschwindigkeit und repräsentiert die unterschiedliche Signallaufzeit. Durch die der Entfernung angepasste Verzögerung kommt beim Empfänger von allen Sendern das zeitgleiche Signal an.
Für das Empfangen: Wenn das Signal eines Kommunikationsteilnehmers bei den unterschiedlich weit entfernten Mikrofonen ankommt, hat es wegen der unterschiedlichen Entfernung eine unterschiedliche Laufzeit und kommt phasenverschoben an. Die Steuereinheit muss daher die Signale erfassen und zwischenspeichern. Mit geeigneten Algorithmen wird dann die Phasenverschiebung der Signale ermittelt. Aus den unterschiedlichen Phasenverschiebungen und der Schallgeschwindigkeit kann dann auf die Entfernung der Mikrofone geschlossen und die Position des Kommunikationsteilnehmers ermittelt werden. Es kann dann gezielter im Raum gehört werden.
Die Kommunikationsanordnung kann zusätzlich über mindestens eine Lichtquelle verfügen, mit der Lichtsignale zu dem wenigstens einen Kommunikationsteilnehmer gesendet werden können. Der Informationsaustausch erfolgt dann nicht ausschließlich über Schallwellen, sondern auch über elektromagnetische Wellen, typischerweise im sichtbaren Bereich.
Außerdem kann die Kommunikationsanordnung mindestens einen Bewegungssensor aufweisen, um eine Bewegung des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers zu erfassen.
Mit mindestens einem Positionssensor kann eine Position des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers erfasst werden.
Das vorgestellte Verfahren kann an einem öffentlichen Ort, bspw. in einem öffentlichen Verkehrsmittel, durchgeführt werden.
Die beschriebene Kommunikationsanordnung, die zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist, umfasst eine Anzahl von Schallwandlern, die in einem Array angeordnet sind. Als Schallwandler sind mindestens zwei Lautsprecher und mindestens ein Mikrofon vorgesehen.
Alle Schallwandler können in einem Gehäuse angeordnet sein.
Es wird somit in Ausgestaltung vorgeschlagen, bspw. in einem öffentlichen Verkehrsmittel wie einem Bus oder einer Straßenbahn, aber auch in jedem anderen öffentlichen Raum, ein ganzes Array aus Mikrofonen und Lautsprechern einzubauen und damit eine Kommunikationsanordnung in einem größeren Raum zu installieren, die eine weitgehend individuelle Kommunikation ermöglicht. Die Kommunikationsanordnung kann zum einen mithilfe der Mikrofone einzelne Stimmen sprechender Personen erkennen, lokalisieren und für Sprachassistent-Funktionen nutzen. Zum anderen kann die Anordnung einzelne Personen so ansprechen, dass nur diese Personen die Information bzw. Antwort gut hören kann, während andere Personen im Raum die Information bzw. Antwort nicht oder nur leise hören.
Die Kommunikationsanordnung besteht aus einem Array aus Lautsprechern und Mikrofonen. Alle Mikrofone werden in Ausgestaltung einzeln ausgewertet und auf Phasenversatz geprüft. Durch phasenversetztes Auswerten können einzelne Stimmen im Raum lokalisiert, erkannt und z. B. für einen Sprachassistenten verwendet werden. Alle Lautsprecher werden einzeln angesteuert. Durch phasenversetztes Ausstrahlen eines Signals auf mehreren Lautsprechern kann das Signal auf einen Bereich fokussiert werden. In anderen Bereichen wird das Signal nicht oder leiser oder mit reduziertem Frequenzumfang gehört.
Eine Erweiterung des Arrays um Licht ist möglich, wobei bei Licht wegen der geringen Wellenlänge keine Phasenverschiebung möglich ist. Es kann jedoch Licht lokal ausgestrahlt werden.
Eine Erweiterung um Bewegungs- und/oder Positionserkennungssensoren ist ebenfalls möglich. Auf diese Weise können auch Personen dynamisch lokalisiert werden, die nicht oder nicht mehr sprechen oder sich bewegen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt eine räumliche Anordnung von Wandlerelementen in einem Array.
2 zeigt verschiedene mögliche Anordnungen von Schallwandlern.
3 zeigt eine mögliche Anwendung des vorgestellten Verfahrens in einem Bus.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Eine beispielhafte Kommunikationsanordnung ist in 1 gezeigt, die insgesamt mit Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Diese Kommunikationsanordnung 10 kommt bspw. in einem Bus zum Einsatz und umfasst ein Array 12 mit einer Anzahl an Wandlerelementen 14, wobei diese Schallwandler, nämlich Lautsprecher 16 und Mikrofone 18, sowie Lichtquellen 20 sein können. Alle Wandlerelemente 14 sind in einem Gehäuse 22 aufgenommen. Die Darstellung zeigt somit eine räumliche Anordnung von Mikrofonen 18, Lautsprechern 16 und Lichtquellen 20 in einem Raum.
Der Einsatz der Kommunikationsanordnung 10 in einem Bus kann den Komfort und die Sicherheit der Fahrgäste verbessern, was die Attraktivität des Busses als Verkehrsmittel für Fahrgäste steigert. Dies unterstützt einen Wechsel des Verkehrsmittels von individuell genutzten Fahrzeugen zu Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, was dabei hilft, den Verkehr, insbesondere in städtischen Bereichen, zu reduzieren.
2 zeigt ein erstes Array 30 mit gleichmäßig angeordneten Schallwandlern 32 und ein zweites Array 40 mit ungleichmäßig angeordneten Schallwandlern 42. Die Schallwandler 42, 32 umfassen Mikrofone und Lautsprecher.
Das Array 30 bzw. 40 kann somit verschiedene Konfigurationen haben, z. B. eine gleichmäßige Verteilung im Raum, wie dies auf der linken Seite dargestellt ist, oder eine gezielt ungleichmäßige Verteilung im Raum, wie dies auf der rechten Seite dargestellt ist.
3 zeigt einen Bus 50 mit einer Kommunikationsanordnung 52, die eine Anzahl von gleichmäßig angeordneten Wandlerelementen 54 umfasst. Diese Wandlerelemente 54 umfassen Lautsprecher 56, Mikrofone 58 und Lichtquellen 60, die auf eine vorbestimmte Art und Weise im Bus 50 angeordnet sind. Diese Kommunikationsanordnung 52 kann an die räumlichen Begebenheiten im Bus und an unterschiedliche Anwendungen angepasst sein.
Die Darstellung zeigt eine erste Sprachnachricht 70 mit dem Inhalt: „Hallo Verkehrsbetrieb, wie komme ich zum Hölderlinplatz?“, eine zweite Sprachnachricht 72: Bitte steige am Berliner Platz in die U4 um!“ und eine dritte Sprachnachricht 74: „Hallo Verkehrsbetrieb, Leselicht bitte!“. Es erfolgt somit eine Interaktion zwischen der Kommunikationsanordnung 52 und einem Fahrgast.
Mit einer Kommunikationsanordnung 52 der beschriebenen Art kann somit ein individueller Sprachassistent in einem öffentlichen Raum angeboten werden.
Weitere mögliche Anwendungen sind die Visualisierung und Verbesserung der Sicherheit in einem fahrerlosen Fahrzeug, bspw. durch gezielte Ansprache von Störern oder die gezielte Ansprache von weiteren Personen, die im Fall von Belästigung von Personen als Helfer agieren sollen.
Die Kommunikationsanordnung kann grundsätzlich in allen öffentlichen Räumen, in denen eine Interaktion angeboten werden soll, eingesetzt werden. Das können Bereiche im Verkehr sein, wie bspw. Bus, U-Bahn, Bahnhof, Flughafen, Dienstleistungsbereiche, wie bspw. Ladengeschäfte oder Behörden mit Publikumsverkehr. Aber auch im privaten Bereich können das beschriebene Verfahren und die vorgestellte Anordnung eingesetzt werden.

Claims

Kommunikationsverfahren mit einer Kommunikationsanordnung (10, 52), wobei die Kommunikationsanordnung (10, 52) eine Anzahl von Schallwandlern (32, 42) umfasst, die in einem Array (12, 30, 40) angeordnet sind, wobei als Schallwandler (32, 42) mindestens zwei Lautsprecher (16, 56) und mindestens zwei Mikrofonen (18, 58) vorgesehen sind, bei dem Kommunikationsverfahren eine Kommunikation mit wenigstens einem weiteren Kommunikationsteilnehmer durchgeführt wird, indem die Kommunikationsanordnung (10, 52) mit den mindestens zwei Lautsprechern (16, 56) Schallwellen sendet, die von dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer erfasst werden und der wenigstens eine Kommunikationsteilnehmer Schallwellen abgibt, die von dem mindestens einen Mikrofon (18, 58) der Kommunikationsanordnung (10, 52) erfasst werden, und die mindestens zwei Mikrofone (18, 58) Schallwellen des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers erfassen und auswerten und auf Grundlage einer erkannten Phasenverschiebung eine dynamische Lokalisierung des wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmers vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine sprachgesteuerte Interaktion zwischen der Kommunikationsanordnung (10, 52) und dem wenigstens einen weiteren Kommunikationsteilnehmer durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens zwei Lautsprecher (16, 56) einzeln angesteuert werden, wobei durch ein phasenversetztes Ausstrahlen der Schallwellen durch die beiden Lautsprecher (16, 56) eine Fokussierung der Schallwellen auf einen Bereich erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kommunikationsanordnung (10, 52) zusätzlich über mindestens eine Lichtquelle (20, 60) verfügt, mit der Lichtsignale zu dem wenigstens einen Kommunikationsteilnehmer gesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Kommunikationsanordnung (10, 52) weiterhin mindestens einen Bewegungssensor aufweist, um eine Bewegung des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers zu erfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kommunikationsanordnung (10, 52) weiterhin mindestens einen Positionssensor aufweist, um eine Position des wenigstens einen Kommunikationsteilnehmers zu erfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das an einem öffentlichen Ort durchgeführt wird.
Kommunikationsanordnung, die eine Anzahl von Schallwandlern (32, 42) umfasst, die in einem Array (12, 30, 40) angeordnet sind, wobei als Schallwandler (32, 42) mindestens zwei Lautsprecher (16, 56) und mindestens zwei Mikrofone (18, 58) vorgesehen sind, wobei die Kommunikationsanordnung (10, 52) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
Kommunikationsanordnung nach Anspruch 8, bei der alle Schallwandler (32, 42) in einem Gehäuse (22) angeordnet sind.
Kommunikationsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, die mindestens eine Lichtquelle (20, 60) aufweist.
Kommunikationsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die zusätzlich mindestens einen Bewegungssensor und/oder mindestens einen Positionssensor aufweist.