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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen gemäß dem Patentanspruch 1.
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Es ist bei Kopfhörern bekannt, eine sog. aktive Geräuschunterdrückung zu verwenden, welche auch als Gegenschall oder Antischall bezeichnet werden kann. Im Englischen wird dies als „Active Noise Reduction“ (ANR) oder als „Active Noise Cancellation“ (ANC) bezeichnet. Hierunter wird die gezielte Erzeugung von Schall verstanden, um mittels destruktiver Interferenz einen anderen Schall auszulöschen. Dazu wird ein Gegensignal erzeugt, welches dem Signal des störenden Schalls entspricht, aber die entgegengesetzte Polarität besitzt. Die Frequenz, die Amplitude sowie die Phasenlage des Signals des Gegenschalls müssen entsprechend auf den auszulöschenden bzw. auf den zu unterdrückenden Schall abgestimmt sein, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
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Eine derartige aktive Geräuschunterdrückung kann somit bei Kopfhörern genutzt werden. Hierzu wird über ein Mikrofon des Kopfhörers das störende Geräusch als Signal erfasst, von einer Steuerungseinheit des Kopfhörers das entsprechende Signal des Gegenschalls bestimmt bzw. berechnet und das Signal des Gegenschalls vom Lautsprecher des Kopfhörers ausgesendet, so dass am Ohr des Benutzer die beiden überlagerten Signale des störenden Geräusches und dessen Gegenschalls ankommen und somit Schall ohne oder zumindest mit reduziertem störenden Geräusch vom Benutzer vernommen werden kann.
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Dies funktioniert üblicherweise sehr gut, da das Mikrofon des Kopfhörers üblicherweise vom Benutzer im Bereich des Mundes oder vor der Brust getragen wird und somit das störende Geräusch vergleichsweise nah am Ohr und innerhalb eines vorhersehbaren Abstands zum Ohr sensorisch erfasst werden kann. Dies kann die Qualität der Berechnung des Signals des Gegenschalls verbessern und hierdurch insgesamt zu einem wirkungsvollen Verfahren der aktiven Geräuschunterdrückung führen.
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Seitens der Unternehmen Hyundai Motor Company und Harman International ist unter der Bezeichnung „Road-Noise Active Noise Control“ (RANC) ein System zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen bekannt, bei dem der Lärmpegel im Fahrzeuginnenraum reduziert werden kann, indem unerwünschte Abrollgeräusche der Reifen aktiv unterdrückt werden. Das RANC-System umfasst Beschleunigungssensoren, welche an bestimmten Stellen entlang der Aufhängung und des Fahrgestells des Fahrzeugs platziert sind. Die dort erfassten Signale werden als Referenzsignale von einem RANC-Steuerungsprozessor verwendet, um die in die Kabine übertragenen Geräusche vorherzusagen und in Echtzeit ein Gegengeräusch zu erzeugen.
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Nachteilig hieran ist, dass ein erheblicher Aufwand am Fahrzeug zum Beispiel hinsichtlich zusätzlicher und fest angeordneter Sensoren erforderlich ist, um eine derartige aktive Geräuschunterdrückung innerhalb eines Fahrzeuginnenraums bereitzustellen. Auch kann das RANC-System ausschließlich bei Fahrzeugen und jeweils auch nur an dem entsprechend ausgestatteten Fahrzeug genutzt werden.
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Das
GB 2521552 B beschreibt eine Vorrichtung mit der Fähigkeit, Audiodateien für einen Zuhörer abzuspielen, mit einem Mikrofon, das Umgebungsgeräusche erfaßt, einer Phasenänderungseinrichtung, die die Phase des durch das Mikrofon erfaßten Geräusches ändert, um ein phasengeändertes Nichtaudiosignal bereitzustellen, und einem Kombinator, um das phasengeänderte Audiosignal mit einer gewünschten gespeicherten Audiodatei zu kombinieren, wobei das kombinierte Signal einem Benutzer zum Hören zur Verfügung gestellt wird. Bei dem Gerät handelt es sich um ein Telefon, ein Mobiltelefon, ein Fernsehgerät, eine Karaoke-Maschine, einen Computer, ein Hi-Fi-, Surround-Sound-System, eine Spielkonsole oder ein bordeigenes Audiosystem. Das phasenverschobene Nicht-Audiosignal kann in Form eines teilweise oder vollständig auslöschenden Nicht-Audiosignals vorliegen. Die Vorrichtung ermöglicht es dem Benutzer, einen gewünschten Ton auf dem Audioplayer zu hören, z.B. eine gespeicherte Audiodatei, und gleichzeitig Umgebungsgeräusche wie Polizeisirenen, Feueralarme und Türklingeln wahrzunehmen. Das System kann Teil einer Softwareanwendung zur Verwendung mit einem Telefon sein.
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Nachteilig hieran ist, dass diese aktive Geräuschunterdrückung auf die Wiedergabe von Audiodateien begrenzt ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vorrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, welche einfacher, kostengünstiger, bauraumsparender und bzw. oder flexibler einsetzbar ist. Vorzugsweise soll eine derartige Vorrichtung fahrzeugunabhängig sein und besonders vorzugsweise in verschiedenen Fahrzeugen verwendet werden können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Vorrichtungen geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen, wobei die Vorrichtung ein mobiles Endgerät ist, wobei das mobile Endgerät aufweist:
- • ein Mikrofon, welches ausgebildet ist, einen Schall im Fahrzeuginnenraum zu erfassen,
- • eine Steuerungseinheit, welche ausgebildet ist, den erfassten Schall zu analysieren, wenigstens einen störenden Schall, vorzugsweise Motor- und bzw. oder Fahrbahngeräusche, im erfassten Schall zu erkennen und einen Gegenschall zur Auslöschung des störenden Schalls zu bestimmen, und
- • einen Lautsprecher, welcher ausgebildet ist, den Gegenschall auszugeben.
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Somit kann das Prinzip der aktiven Geräuschunterdrückung erfindungsgemäß dadurch auf eine aktive Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen angewendet werden, indem hierzu ein mobiles Endgerät beispielsweise in Form eines Smartphones, eines Tablets, einer Smart Watch und dergleichen verwendet wird. Die zu unterdrückenden Geräusche können insbesondere Geräusche des Fahrzeugs wie zum Beispiel Motorengeräusche, Fahrwerkgeräusche und dergleichen und bzw. oder Geräusche der Umgebung wie zum Beispiel Fahrgeräusche, welche aus dem Abrollen der Reifen des Fahrzeugs auf der Fahrbahn resultieren können, Windgeräusche und dergleichen sein. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Reisebus, ein Omnibus sein. Das Fahrzeug kann auch ein landwirtschaftliches Fahrzeug wie zum Beispiel ein Traktor, ein Baufahrzeug wie zum Beispiel ein Bagger und bzw. oder ein Transportfahrzeug wie zum Beispiel ein Gabelstapler und dergleichen sein.
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In jedem Fall kann das mobile Endgerät von einer Person als Benutzer wie zum Beispiel von einem Fahrer des Fahrzeugs zusätzlich zu der bisher bekannten bestimmungsgemäßen Verwendung des mobilen Endgeräts erfindungsgemäß dazu verwendet werden, bei der Benutzung des Fahrzeugs im Fahrzeuginneren platziert und zur Umsetzung der erfindungsgemäßen aktiven Geräuschunterdrückung aktiviert zu werden. Dies kann beispielsweise mittels eines computerimplementierten Verfahrens wie zum Beispiel einer App erfolgen, welche von der Steuerungseinheit des mobilen Endgerätes ausgeführt werden kann. Hierzu kann die Steuerungseinheit bzw. das Verfahren auf bestimmungsgemäß bereits vorhandene Komponenten des mobilen Endgerätes wie zum Beispiel das Mikrofon und den Lautsprecher zugreifen, wie zuvor beschrieben.
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Auf diese Art und Weise kann erfindungsgemäß wenigstens eine Art von störendem Schall erfasst, identifiziert und durch einen entsprechenden Gegenschall aktiv unterdrückt bzw. ausgelöscht werden. Dies kann es dem Fahrer sowie gegebenenfalls weiteren Insassen im Fahrzeuginnenraum ermöglichen, das Fahrzeug ohne den störenden Schall bzw. zumindest mit reduziertem störendem Schall zu nutzen. Dies kann die Nutzung für den Fahrer bzw. für die Personen im Fahrzeuginnenraum verbessern. Insbesondere kann eine länger andauernde Nutzung für den Fahrer bzw. für die Personen angenehmer und bzw. oder weniger ermüdend werden.
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Dabei kann erfindungsgemäß die aktive Geräuschunterdrückung vollständig vom mobilen Endgerät ausgeführt werden, sodass eine Mitwirkung des Fahrzeugs bzw. eine Ausrüstung des Fahrzeugs zum Beispiel mit Sensoren hierzu nicht erforderlich ist, was einen entsprechenden Aufwand vermeiden kann. Dies kann eine absolut flexible Nutzung und Umsetzung der erfindungsgemäßen aktiven Geräuschunterdrückung ermöglichen, da diese mit jedem geeigneten mobilen Endgerät bei jedem beliebigen Fahrzeug ausgeführt werden kann. Insbesondere kann auf eine entsprechende Ausrüstung bzw. Anpassung des jeweiligen Fahrzeugs verzichtet und hierdurch die entsprechenden Kosten Gewicht und bzw. oder Bauraum gespart werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das mobile Endgerät ferner auf:
- • einen Beschleunigungssensor, welcher ausgebildet ist, Beschleunigungen des Motors zu erfassen,
wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, den Gegenschall zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigungen des Motors zu bestimmen. Ein derartiger Beschleunigungssensor kann insbesondere ein Gyrosensor sein, welcher bereits ein Bestandteil des mobilen Endgerätes sein kann und somit nicht zusätzlich vorgesehen werden muss, um die erfindungsgemäße aktive Geräuschunterdrückung umsetzen zu können, was einen zusätzlichen Aufwand vermeiden kann.
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Mittels der erfassten Beschleunigungsdaten des Motors kann wenigstens dessen Drehzahl von der Steuerungseinheit bestimmt werden. Die Bestimmung des Gegenschalls seitens der Steuerungseinheit kann somit insbesondere die Drehzahl des Motors berücksichtigen, dass die Wirkung des ausgegebenen Gegenschalls verbessern kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das mobile Endgerät ferner auf:
- • eine Bilderfassungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Person im Fahrzeuginnenraum optisch zu erfassen,
wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, ein Ohr der Person in den optisch erfassten Daten zu erkennen, einen Abstand des Lautsprechers zu dem Ohr der Person zu bestimmen und den Gegenschall zusätzlich in Abhängigkeit des bestimmten Abstands zu bestimmen. Eine Erkennung des Ohrs der Person, insbesondere als Fahrer, kann mittels bekannter Verfahren zur Mustererkennung erfolgen. Hierdurch kann die Wirkung des ausgegebenen Gegenschalls ebenfalls verbessert werden, indem seitens der Steuerungseinheit bei der Bestimmung des Gegenschalls der Abstand zwischen dem Lautsprecher und dem Ohr der Person berücksichtigt werden kann. Sollte dabei das Ohr der Person nicht erkannt werden können, kann seitens der Steuerungseinheit auf die Nutzung der Funktion gemäß diesem Aspekt der Erfindung verzichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das mobile Endgerät ferner auf:
- • eine Bilderfassungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Person im Fahrzeuginnenraum optisch zu erfassen,
wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, ein Ohr der Person in den optisch erfassten Daten zu erkennen, und
- • einen Abstandssensor, welche ausgebildet ist, einen Abstand zu dem erkannten Ohr der Person zu bestimmen,
wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, den Gegenschall zusätzlich in Abhängigkeit des bestimmten Abstands zu bestimmen. Ein derartiger Abstandssensor, zum Beispiel als LIDAR-Sensor, kann bereits ein Bestandteil des mobilen Endgeräts sein und muss somit nicht zusätzlich vorgesehen werden, um die erfindungsgemäße aktive Geräuschunterdrückung umsetzen zu können, was einen zusätzlichen Aufwand vermeiden kann. Auf diese Art und Weise kann alternativ zu dem zuvor beschriebenen Aspekt der Erfindung mit gegebenenfalls größerer Genauigkeit der Abstand zwischen dem mobilen Endgerät bzw. dessen Lautsprecher und dem Ohr der Person bestimmt und dies zur Bestimmung des Gegenschalls genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das mobile Endgerät ausgebildet, so dass ein Benutzer wenigstens eine Geräuschart und bzw. oder eine Geräuschquelle als störenden Schall auswählen kann. Dies kann es dem Benutzer zum Beispiel als Fahrer ermöglichen zu entscheiden, welcher Schall als störend angesehen und aktiv unterdrückt werden soll. Entsprechend kann der Benutzer die erfindungsgemäße aktive Geräuschunterdrückung gemäß seiner Vorlieben nutzen. Eine derartige Auswahl kann beispielsweise über eine Anzeige-/Bedieneinheit zum Beispiel in Form eines Touchscreens des mobilen Endgerätes selbst erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann das mobile Endgerät auch mit einer Steuerungseinheit des Fahrzeugs, insbesondere drahtlos, verbunden werden, sodass eine Anzeige-/Bedieneinheit des Fahrzeugs zum Beispiel in Form eines Touchscreens des Fahrzeugs hierfür verwendet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei auch flexibel in anderen Situationen eingesetzt werden, in welchen eine aktive Geräuschunterdrückung nützlich sein kann. Beispielsweise kann ein Benutzer die erfindungsgemäße Vorrichtung in anderen Umgebungen wie zum Beispiel an einem Arbeitsplatz, insbesondere in einer Produktion, dazu verwenden, dort die entsprechenden störenden Geräusche wie zuvor beschrieben zu unterdrücken.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorderseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen; und
- 2 eine schematische Darstellung einer Rückseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur aktiven Geräuschunterdrückung in Fahrzeugen stellt ein mobiles Endgerät 1 dar, welches beispielsweise ein Smartphone 1 sein kann. Das Smartphone 1 weist eine Gehäuse 10 auf, welches die Bauelemente des Smartphones 1 nach außen hin im Wesentlichen umgibt und schützt.
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Das Smartphone 1 weist auf seiner Vorderseite an seiner unteren Kante des Gehäuses 10 ein Mikrofon 11 auf, welches Schall erfassen kann. Neben der Stimme eines Benutzers zum Beispiel zum Telefonieren kann auch Schall aus der Umgebung der Smartphones 1 mittels des Mikrofons 11 erfasst werden.
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Das Smartphone 1 weist ferner auf seiner Vorderseite an seiner oberen Kante des Gehäuses 10 einen Lautsprecher 12 auf, welcher Schall erzeugen bzw. ausgeben kann. Dies kann zum Beispiel die Stimme eines anderen Teilnehmers eines Telefonats sein. Ebenso kann Musik mittels des Lautsprechers 12 ausgegeben werden. Des Weiteren kann ein Gegenschall von dem Lautsprecher 12 an die Umgebung abgegeben werden.
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Das Smartphone 1 weist ferner auf seiner Vorderseite eine Anzeige-/Bedieneinheit 16 in Form eines Touchscreens 16 auf, über welches der Benutzer Eingaben tätigen und hierdurch das Smartphone 1 bzw. dessen Funktionen bedienen kann. Ferner können seitens des Smartphones 1 dem Benutzer auf dem Touchscreen 16 Informationen angezeigt werden.
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Das Smartphone 1 weist ferner innerhalb des Gehäuses 10 einen Beschleunigungssensor 13 in Form eines Gyrosensors 13 auf, welcher unter anderem dazu verwendet werden kann, eine Orientierung des Smartphones 1 bzw. dessen Touchscreens 16 gegenüber der Umgebung zu erfassen, sodass die auf dem Touchscreen 16 angezeigten Informationen horizontal ausgerichtet angezeigt werden können.
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Das Smartphone 1 weist ferner auf seiner Rückseite eine Bilderfassungseinheit 14 in Form einer Kamera 14 auf, welche an einer Ecke der oberen Kante des Gehäuses 10 angeordnet ist. Die Kamera 14 ist in der entgegengesetzten Richtung zum Touchscreen 16 orientiert angeordnet und kann zum Fotografieren oder Filmen vom Benutzer weg zeigend verwendet werden. Eine weitere Kamera (nicht dargestellt) kann auf der gegenüberliegenden, vorderen Seite des Smartphones 1 angeordnet und in derselben Richtung wie der Touchscreen 16 orientiert sein, um zum Beispiel dem Benutzer selbst bei einer Videokonferenz zu filmen.
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Das Smartphone 1 weist ferner einen auf seiner Rückseite angeordneten Abstandssensor 15 in Form eines LIDAR-Sensors 15 auf, welcher an der anderen Ecke der oberen Kante des Gehäuses 10 angeordnet und ebenfalls in derselben Richtung wieder die Kamera 14 orientiert ist. Mittels des Abstandssensors 15 kann ein Abstand zu einem zu fotografierenden bzw. zu filmenden Objekt mit vergleichsweise hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Das Smartphone 1 weist ferner innerhalb des Gehäuses 10 eine Steuerungseinheit 17 in Form eines Mikrocontrollers 17 auf, welcher datenübertragend mit dem Mikrofon 11, mit dem Lautsprecher 12, mit dem Beschleunigungssensor 13, mit der Kamera 14, mit dem Abstandsensor 15 sowie mit dem Touchscreen 16 verbunden ist. Entsprechend kann auf dem Smartphone 1 ein Verfahren in Form einer App wie folgt ausgeführt werden.
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Der Benutzer kann zum Beispiel in Form des Fahrers des Fahrzeugs auf dem Smartphone 1 das erfindungsgemäße Verfahren aktivieren, sodass das Smartphone 1 als erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur aktiven Geräuschunterdrückung im Innenraum des Fahrzeugs verwendet werden kann. Gegebenenfalls kann der Benutzer hierbei die zu unterdrückenden Geräusche bzw. Geräuschquelle auswählen. Der Benutzer kann dann das Smartphone 1 in einer Ablage des Fahrzeuginnenraums wie zum Beispiel in einer Mittelkonsole ablegen, sodass die Rückseite des Gehäuses 10 des Smartphones 1 mit der Kamera 14 und dem Abstandsensor 15 zum Benutzer hin orientiert sind. Alternativ kann das Smartphone 1 auch mit seiner Vorderseite zum Fahrer hin orientiert abgelegt werden, so dass ggfs. eine dort angeordnete weitere Kamera anstelle der Kamera 14 verwendet werden kann.
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Während der Fahrt können nun Beschleunigungen des Fahrzeugs mittels des Gyrosensors 13 erfasst und der Steuerungseinheit 17 zur Verfügung gestellt werden, sodass seitens der Steuerungseinheit 17 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden kann.
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Parallel können mittels des Mikrofons 11 Geräusche aus dem Fahrzeuginnenraum erfasst und ebenfalls der Steuerungseinheit 17 zur Verfügung gestellt werden. Aus den erfassten Geräuschen kann die Steuerungseinheit 17 durch geeignete bekannte Verfahren der aktiven Geräuschunterdrückung diejenigen Geräusche identifizieren, welche vom Benutzer, gegebenenfalls entsprechend seiner zuvor getätigten Auswahl, und gegebenenfalls weiteren Insassen als störender Schall empfunden werden können.
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Ferner kann mittels der Kamera 14 der Benutzer optisch erfasst und die optischen Bilddaten können ebenfalls der Steuerungseinheit 17 zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerungseinheit 17 kann durch geeignete bekannte Verfahren der Mustererkennung wenigstens ein Ohr des Benutzers in den optischen Bilddaten erkennen. Parallel können vom Abstandsensor 15 verschiedene Abstände zu Objekten im Fahrzeuginnenraum bestimmt und die bestimmten Abstände ebenfalls der Steuerungseinheit 17 zur Verfügung gestellt werden. Seitens der Steuerungseinheit 17 kann aus den bestimmten Abständen der Abstand zum Ort des Benutzers selektiert werden.
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Basierend auf all diesen vorliegenden Informationen kann die Steuerungseinheit 17 ein Signal zum Erzeugen eines Gegenschalls mit einer geeigneten Frequenz, Amplitude und Phasenlage bestimmen, sodass der störende Schall hierdurch reduziert oder sogar ausgelöscht werden kann. Das entsprechende Signal kann von der Steuerungseinheit 17 an den Lautsprecher 12 gegeben werden, sodass seitens des Lautsprechers 12 der entsprechende Gegenschall erzeugt und ausgegeben werden kann. Dies kann den Fahrkomfort für den Fahrer und ggfs. für weitere Personen im Fahrzeuginnenraum erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung; mobiles Endgerät; Smartphone
- 10
- Gehäuse
- 11
- Mikrofon
- 12
- Lautsprecher
- 13
- Beschleunigungssensor; Gyrosensor
- 14
- Bilderfassungseinheit; Kamera
- 15
- Abstandssensor; LIDAR-Sensor
- 16
- Anzeige-/Bedieneinheit; Touchscreen
- 17
- Steuerungseinheit; Mikrocontroller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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