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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelanlage für ein Audiowiedergabesystem.
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Im Einzelnen findet die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich, Anwendung bei der Regelung eines Audiowiedergabesystems im Innenraum eines Straßenfahrzeugs, auf das die folgende Beschreibung ausdrücklich Bezug nimmt, ohne dadurch ihre Allgemeingültigkeit zu verlieren.
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STAND DER TECHNIK
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Ein modernes Fahrzeug ist immer mit einem Audiowiedergabesystem ausgestattet, mit dem Töne im Innenraum wiedergegeben werden können; beispielsweise kann es sich bei den im Innenraum wiedergegebenen Tönen um aufgezeichnete Musik, einen Radiosender, ein freihändiges Telefonat, Sprachmitteilungen eines Navigationssystems, gegenphasige Schallsignale zur Geräuschunterdrückung usw. handeln.
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Ein Audiowiedergabesystem umfasst normalerweise mehrere Lautsprecher, die z. B. im Innenraum des Straßenfahrzeugs (oder in Kopfhörern) angeordnet sind, und einen Verstärker, der das Audiosignal von einer Schallquelle (im oder außerhalb des Audiowiedergabesystems) erhält, um die Lautsprecher zu steuern. Moderne Verstärker bieten zahlreiche Möglichkeiten zur Regelung der Modalitäten, mit denen die elektrische Steuerung der Lautsprecher generiert wird (d. h. zahlreiche Möglichkeiten für das sogenannte „Tuning“); beispielsweise kann für jeden Lautsprecher in unterschiedlichen Frequenzbereichen die Lautstärke komplett unabhängig erhöht oder verringert werden oder es kann eine zeitliche Verzögerung (Klanginszenierung) eingeschoben werden; außerdem können die Klangkomprimierung, die entsprechenden Amplituden- und Frequenzgrenzen usw. reguliert werden.
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Dennoch sind diese zahlreichen Regelungsmöglichkeiten relativ komplex und werden fast nie und wenn dann, nur in sehr elementarer Form genutzt (beispielsweise durch die Auswahl einer für die unterschiedlichen Musikgenres optimierten Einstellung).
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Im Einzelnen sind Festlegung und Optimierung dieser Steuerungsparameter relativ komplex und werden typischerweise in der „Tuning-"Phase am Projektfahrzeug vorgenommen, sodass eine endliche Anzahl von Audiokonfigurationen erstellt wird, die vom Nutzer ausgewählt werden können (beispielsweise Universalkonfigurationen wie: „Surround“, um den Raumklang zu betonen, und „Vip“, um den Klang in einer bestimmten Hörposition zu optimieren).
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Deshalb sind diese Regelungen üblicherweise voreingestellt, da ein durchschnittlicher Nutzer im Allgemeinen nicht in der Lage ist, das sogenannte „Tuning“ manuell und individualisiert vorzunehmen und wenn, dann nur in vereinfachter Form (beispielsweise durch die Steuerung der Frequenzbänder „Bässe“, „Mitten“ und „Höhen“).
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Zusätzlich berücksichtigen die genannten Regelungen beim Stand der Technik nicht eigenständig die unterschiedliche Klangwahrnehmung jedes einzelnen Nutzers.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage zur Regelung eines Audiowiedergabesystems, im Einzelnen in einem Innenraum eines Straßenfahrzeugs, bei der zumindest die oben beschriebenen Nachteile teilweise nicht auftreten und deren Fertigung gleichzeitig einfach und kostengünstig ist.
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Im Einzelnen ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Regelanlage, die eine Verbesserung (Optimierung) der akustischen Leistungen des Audiowiedergabesystems ermöglicht und gleichzeitig von allen Nutzern leicht und direkt bedient werden kann und den Fahrer nicht von der Straße ablenkt.
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Erfindungsgemäß wird eine Anlage zur Regelung eines Audiowiedergabesystems im Einzelnen in einem Innenraum eines Straßenfahrzeugs gemäß den beigefügten Ansprüchen bereitgestellt.
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Die Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und sind wesentlicher Bestandteil dieser Beschreibung.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nun bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nicht einschränkende Ausführungsbeispiele darstellen; es zeigen:
- - 1 ein schematisches Diagramm von zwei möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsformen;
- - 2 ein schematisches Diagramm, in dem ein Detail eines möglichen Filterelements aus 1 dargestellt ist; und
- - 3 ein schematisches Diagramm einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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In 1 ist mit 1 insgesamt eine Anlage zur Regelung eines Audiowiedergabesystems 2 bezeichnet, das konfiguriert ist, um eine für einen Nutzer U individualisierte Audiowiedergabe zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise befindet sich das Wiedergabesystem 2 in einem Innenraum 3 eines Straßenfahrzeugs 4 (im Einzelnen eines Personenwagens) mit zwei Mitlaufrädern (also nicht angetriebenen Rädern) vorne und zwei Antriebsrädern hinten. Zum Beispiel befindet sich vorne ein Verbrennungsmotor, der ein Moment erzeugt, das über ein Getriebe auf die Antriebsräder übertragen wird.
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Das Straßenfahrzeug 4 umfasst den Innenraum 3, der mit zwei oder mehreren Sitzen 5 ausgestattet ist, die jeweils einen Insassen U aufnehmen können; d. h. im Innenraum 2 sitzt immer ein Fahrer, zu dem Mitfahrende hinzukommen können (deren Anwesenheit selbstverständlich optional ist).
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Die Regelanlage 1 umfasst mindestens eine Schallquelle 6, die konfiguriert ist, um über mehrere Lautsprecher S ein Audioreferenzsignal RS (vgl. z. B. 2) auszugeben. Im Einzelnen ist in der nicht einschränkenden Ausführungsform von 2 mit RS eine ideale Referenzantwort auf das von der Schallquelle 6 ausgegebene Audioreferenzsignal bezeichnet. Im Folgenden ist mit RS wechselweise das Referenzsignal und/oder die ideale, ihm zugeordnete Referenzantwort bezeichnet.
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In 1 sind in nicht einschränkender Weise zwei unterschiedliche und alternative Ausführungsformen dargestellt.
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In einigen nicht einschränkenden Fällen befindet sich die Schallquelle 6 in einem dafür vorgesehenen Hörraum LR (Listening Room), beispielsweise im Werk des Herstellers des Fahrzeugs 1 oder in einem dafür vorgesehenen Raum des Nutzers U.
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In anderen nicht einschränkenden Fällen befindet sich die Schallquelle 6 im Innenraum 3 des Fahrzeugs 4.
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Vorteilhafterweise umfasst die Regelanlage 1 ein Erfassungssystem 7, von dem zumindest ein Teil vorteilhafterweise in die Ohren E des Nutzers U eingepasst werden kann und das konfiguriert ist, um das Audioreferenzsignal RS über mindestens zwei In-Ear-Headsets 8 in Höhe der Ohren E des Nutzers U zu erfassen. Im Einzelnen umfassen die In-Ear-Headsets 8 mindestens jeweils ein entsprechendes Mikrofon M. Vorteilhafterweise umfasst das Erfassungssystem 7 eine Soundkarte, die mit den Headset-Mikrofonen M verbunden ist und im Einzelnen mit dem Wiedergabesystem 2 verbunden werden kann.
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Außerdem umfasst die Regelanlage 1 eine Prozessoreinheit 9, die für die Festlegung einer Regelung OR, d. h. eines „Tunings“ konfiguriert ist, das in Abhängigkeit von einem vom Erfassungssystem 7 (d. h. von den Mikrofonen M) aufgezeichneten Audiosignal RAS optimiert ist.
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In einer der in 1 dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsformen umfasst das Straßenfahrzeug 4 ein Audiowiedergabesystem 2, mit dem die Töne im Innenraum 3 wiedergegeben werden können; beispielsweise kann es sich bei den im Innenraum 3 wiedergegebenen Tönen um Musikaufzeichnungen, einen Radiosender, ein freihändiges Telefonat, Sprachmitteilungen eines Navigationssystems, gegenphasig erzeugte Schallsignale zur Geräuschunterdrückung ... handeln.
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In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das Wiedergabesystem 2 Kopfhörer HP oder In-Ear-Headsets (im Einzelnen besteht es aus diesen).
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Das Audiowiedergabesystem 2 umfasst mehrere Lautsprecher S, die vorteilhafterweise im Innenraum 3 des Straßenfahrzeugs 4 oder in den Kopfhörern HP angeordnet sind, und einen Verstärker 10, der ein Audiowiedergabesignal empfängt, um die Lautsprecher S zu steuern, d. h. um ein elektrisches Steuersignal zu generieren, mit dem die Lautsprecher S (die nichts anderes sind als elektroakustische Wandler, d. h. Wandler, die ein elektrisches Steuersignal aus dem Verstärker 10 in Schallwellen umwandeln, die sich im Innenraum 3 oder den Kopfhörern HP verbreiten) gesteuert werden können.
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Im Einzelnen ist das Wiedergabesystem 2 konfiguriert, um die Lautsprecher S in Abhängigkeit von der optimierten und von der Anlage 1 verarbeiteten Regelung OR zu steuern.
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Die erfindungsgemäße Regelanlage 1 ist konfiguriert, um das Audioreferenzsignal RS über die Schallquelle 6 auszugeben.
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Vorteilhafterweise, aber nicht zwingend, ist das von der Schallquelle 6 ausgegebene Referenzsignal RS ein Signal RS mit monoton variabler Frequenz, vorteilhafterweise streng steigend oder streng fallend (im Einzelnen ein „flaches“ Signal wie in der nicht einschränkenden Ausführungsform von 2 dargestellt). Diese monotonen Signale sind beispielsweise „Chirp“- oder „Sine Sweep“-Signale. Im Einzelnen ist das Audioreferenzsignal RS ein Signal mit variabler, im Einzelnen exponentiell steigender Frequenz (vorteilhafterweise ein sogenanntes „exponential sine sweep“-Signal). Vorteilhafterweise ist die Antwort auf das Audioreferenzsignal RS, wie in nicht einschränkender Weise in der Ausführungsform von 2 dargestellt, eine δ-Dirac-Funktion, die über die Faltung des „exponential sine sweep“-Signals mit dessen Inversion erreicht wird.
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Vorteilhafterweise ist die Anlage 1 konfiguriert, um das Audioreferenzsignal RS über das Erfassungssystem 7 zu erfassen, das in Höhe der Ohren E des Nutzers U angeordnet ist, wodurch das aufgezeichnete Audiosignal RAS erzielt wird.
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In Abhängigkeit von dem vom Erfassungssystem 7 aufgezeichneten Audiosignal RAS ist die Anlage 1 darüber hinaus konfiguriert, um die optimierte Regelung OR (d. h. das sogenannte „Tuning“) festzulegen, auf deren Grundlage das Wiedergabesystem 2 gesteuert wird. Auf diese Weise kann das Wiedergabesystem 2 einen Klang wiedergeben, der für die Beschaffenheit des Ohrs des Nutzers U optimiert ist. Vorteilhafterweise sind die Mikrofone M auf In-Ear-Headsets 8 angeordnet.
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Vorteilhafterweise, aber nicht zwingend, umfasst das Erfassungssystem 7 zwei Mikrofone M, die jeweils zumindest teilweise im Innern des jeweiligen Gehörgangs des Nutzers U angeordnet sind. Unter der Bezeichnung „Gehörgang“ ist der Gang des Hörsystems des Nutzers U zu verstehen, der die Ohrmuschel des Ohrs E mit dem Trommelfell verbindet. Deshalb befinden sich die Mikrofone M im Einzelnen zumindest teilweise, im Einzelnen komplett im Gehörgang des Nutzers U.
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Gemäß einigen bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsformen, die Teil der in 2 dargestellten Ausführungsform sind, wird bei der Festlegung der optimierten Regelung OR das vom Erfassungssystem 7 aufgezeichnete Audiosignal RAS mit dem von der Schallquelle 6 ausgestrahlten Signal RS verglichen, wodurch die persönliche Antwort PER im Frequenzbereich FR (oder Zeitbereich TR) an die Ohren E des Nutzers U festgelegt wird. Vorteilhafterweise ist die Anlage 1 in Abhängigkeit von der Antwort PER (auf das Referenzsignal RS) in Höhe der Ohren E des Nutzers U konfiguriert, um eine Übertragungsfunktion TF festzulegen, die als Inversion der Antwort PER (z. B. Frequenzbereich FR) gegenüber dem idealen Audiosignal RS (im Einzelnen eine δ-Dirac-Funktion) berechnet ist.
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Vorteilhafterweise, aber nicht zwingend, ist die Anlage 1 in Abhängigkeit von der persönlichen Antwort PER (im Frequenzbereich FR) konfiguriert, um mindestens ein individualisiertes digitales Filter PDF zu verarbeiten, der durch die Faltung des Filters RS mit der Antwort PF'' des als Referenz gewählten Systems erzielt wird. Im Einzelnen ist das individuelle digitalisierte Filter PDF ein FIR-Filter oder ein IIR-Filter oder ein gleichwertiges Filter.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Erfassungsphase über die Mikrofone M, wenn sich der Nutzer U in einer zur Schallquelle 6 vordefinierten Position befindet. Im Einzelnen ist die vordefinierte Position durch die relative Position zwischen einem Nutzer-Referenzsystem URF und einem Referenzsystem SRF der Schallquelle 6 definiert. Vorteilhafterweise stimmt die vordefinierte Position mit der Position überein, in der die Antwort auf das Audioreferenzsignal RS neutralisiert ist. Auf diese Weise wird über das Erfassungssystem 7 nur der Einfluss auf die Klangwahrnehmung des speziellen Nutzers U in der vordefinierten Position erfasst (d. h. der Beitrag des einzelnen Nutzers U bei der Umwandlung des Referenzsignals RS in das aufgezeichnete Audiosignal RAS wird isoliert).
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Wenn die persönliche Antwort PER (FR oder auch TR, aus deren Inversion sich die Übertragungsfunktion TF ergibt) erzielt wurde, die somit mit der sogenannten HRTF („Head Related Transfer Function“) zusammenfällt, die an sich bekannt und hier nicht näher ausgeführt ist, liefert das individualisierte digitale Filter PDF ein Audiowiedergabesignal REP an den Verstärker 10 (und/oder einen Entzerrer 11) des Audiowiedergabesystems 2, wodurch eine optimierte Regelung OR erreicht wird, die an die (im Innenraum 3 oder in den Kopfhörern HP untergebrachten) Lautsprecher S des Audiowiedergabesystems 2 selbst weitergeleitet wird. Mit anderen Worten kann der von der Schallquelle 6 wiedergegebene Klang vom individualisierten digitalen Filter PDF so gefiltert werden, dass ein Signal an den Verstärker 10 (oder die Lautsprecher S) ausgegeben werden kann, das konfiguriert ist, um (in der vordefinierten Position) einen für den einzelnen Nutzer U optimierten Klang zu erzeugen, an dem im Einzelnen die Messung der Filter durchgeführt wurde.
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Deshalb variiert die optimierte Regelung OR in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Ohrs - im Einzelnen der Ohrmuschel - des Nutzers U, vom Abstand zwischen den Ohren E und/oder von der Gesichtsform dieses Nutzers.
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Tatsächlich gelangen die von der Schallquelle 6 ausgestrahlten Schallwellen zu den Mikrofonen M, nachdem sie sich auf den Rundungen des Gesichts des Nutzers E, auf dessen Ohrmuschel (somit in Abhängigkeit von deren Beschaffenheit und Größe) jedes Ohres E des Nutzers U ausgebreitet haben (wodurch somit auf der Grundlage der bis hier beschriebenen Parameter einschließlich des Abstands zwischen den beiden Ohren E dieses Nutzers eine andere Antwort PER erzeugt werden kann).
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In einigen nicht einschränkenden Fällen ist das Wiedergabesystem 2 ein fahrzeuggebundenes System CAS. In anderen nicht einschränkenden Fällen ist das Wiedergabesystem 2 ein häusliches System HAS.
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Gemäß einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen wie in 2 dargestellt, fällt die Schallquelle 6 mit dem Wiedergabesystem 2 zusammen. Im Einzelnen erfüllt das fahrzeuggebundene Audiosystem sowohl die Funktion der Schallquelle 6, indem es während der oben genannten Erfassung das Referenzsignal RS erzeugt, als auch die Funktion der Lautsprecher S, indem es in Abhängigkeit von der optimierten Regelung, die die genannten Parameter berücksichtigt, einen gesteuerten Klang erzeugt.
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Alternativ oder ergänzend kann die Anlage 1 konfiguriert sein, um eine Kombination der persönlichen Filter PF', PF'' zu umfassen, die über die Verarbeitung der Antwort PER auf den Impuls des sowohl im Innenraum 3 als auch in einem entsprechenden Hörraum LR aufgezeichneten Referenzsignals RS erzielt werden.
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In einigen beispielsweise in 3 dargestellten nicht einschränkenden Fällen ist die Anlage 1 konfiguriert, um das von einen häuslichen System HAS mit eigener Schallquelle 6 aufgezeichnete Signal RAS zu erzielen. Im Einzelnen wird ein neues individualisiertes digitales Filter PDF' in Abhängigkeit von einem Erfassungs- und Wiedergabegerät APR (nicht zwingend das bis hierher beschriebene Erfassungssystem) und/oder in Abhängigkeit von den früheren Erfassungen OM des Audiosignals RAD so verarbeitet, dass die Klangbedingungen des häuslichen Systems HAS wiedergegeben werden.
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Vorteilhafterweise, aber nicht zwingend, ist die Anlage 1 konfiguriert, um verschiedene individualisierte Filter PDF auch durch die Kombination der oben beschriebenen Modalitäten zu verarbeiten. Im Einzelnen wählt der Nutzer U über ein Schnittstellengerät 12 - vorteilhafterweise ein Bedienfeld (beispielsweise ein in das Armaturenbrett des Fahrzeugs 4 integriertes Cluster) eine Alternative 14 unter den verschiedenen Möglichkeiten. Beispielsweise entsprechen die Alternativen 14 digitalen Filtern PDF, die für verschiedene Nutzer (die dasselbe Fahrzeug 4 oder dasselbe Wiedergabesystem 2 nutzen) oder unterschiedliche Klangszenerien ein und desselben Nutzers U (der die Aufzeichnung unter verschiedenen, ihm gefälligen Bedingungen vorgenommen hat) individualisiert sind.
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Mit anderen Worten kann das Schnittstellengerät 12 auf die Reglungsparameter des Verstärkers 7 Einfluss nehmen, um das sogenannte „Tuning“ vorzunehmen, d. h. den Klang, der von den Lautsprechern S erzeugt wird, die vom Verstärker 10 gesteuert werden, „einzustellen“.
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Vorteilhafterweise wird im Betrieb, wenn die persönliche PER (im Zeitbereich TR oder im Frequenzbereich FR) erzielt ist, der Kehrwert TF berechnet, der faktisch die Grundlage darstellt, auf der das individualisierte digitale Filter PDF realisiert wird.
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Im Einzelnen ergibt sich das individualisierte digitale Filter PDF aus der Faltung des Entzerrerfilters, das durch die Übertragungsfunktion TF dargestellt ist (auf der Grundlage der idealen Antwort RS in Form der δ-Dirac-Funktion) mit dem Äquivalent der persönlichen Antwort PER (TR oder FR), die mithilfe des Erfassungssystems 7 aufgezeichnet wurde, d. h. dem in 1 dargestellten, aufgezeichneten Audiosignal RAS (das im Einzelnen im Frequenzbereich mit PF', PF'' übereinstimmt). Auf diese Weise kann vermieden werden, dass als Target eine ideale Antwort (δ-Dirac) herangezogen wird, die nur schwer zu verwenden ist, indem anstelle dessen als Referenz eine „optimale“ Antwort genutzt wird, d. h. PF', PF''.
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, ohne dadurch aus den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu fallen.
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Die oben beschriebene Anlage 1 besitzt zahlreiche Vorteile.
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In erster Linie ermöglicht die oben beschriebene Anlage die Optimierung der vom Wiedergabesystem 2 erbrachten Audioleistung, da berücksichtigt worden ist, dass die Klangwahrnehmung unterschiedlicher Nutzer stark von der Beschaffenheit ihrer Ohrmuscheln beeinflusst ist.
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Somit kann dank der oben beschriebenen Anlage - im Einzelnen, wenn sich nur der Fahrer im Fahrzeug befindet - ein natürlicherer und ausgeglichener Klang für den einzelnen Nutzer und eine gleichzeitig zentrierte, breite und tiefe Klangszene erzeugt werden; ohne dass komplexe Berechnungen oder Einschätzungen zur Bestimmung der Beschaffenheit der Ohrmuscheln der einzelnen Nutzer angestellt werden müssen, sondern durch die unmittelbare Wahrnehmung dessen, was der Nutzer selbst wahrnehmen würde.
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Die oben beschriebene Anlage arbeitet vollautomatisch, d. h. transparent für die Nutzer, und kann somit von jeder beliebigen Person ohne jegliche Ablenkung genutzt werden (da keinerlei Handlungen vorzunehmen sind).
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Schlussendlich verursacht die oben beschriebene Regelanlage keinerlei höhere Kosten: Die individualisierten digitalen Filter PDF können einfach realisiert und in schon bestehende Systeme integriert werden, da die Verarbeitung der Übertragungsfunktionen TF und der entsprechenden Filter nach der Erfassung einfach über die schon vorhandenen Steuergeräte, Verstärker und Entzerrer erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Regelanlage
- 2
- Wiedergabesystem
- 3
- Innenraum
- 4
- Fahrzeug
- 5
- Sitze
- 6
- Schallquelle
- 7
- Erfassungssystem
- 8
- In-Ear-Kopfhörer
- 9
- Prozessoreinheit
- 10
- Verstärker
- 11
- Entzerrer
- 12
- Schnittstellengerät
- 13
- Bedienfeld
- 14
- Alternativen
- CAS
- Fahrzeuggebundenes Audiosystem
- E
- Ohr
- HP
- Kopfhörer
- LR
- Hörraum
- M
- Mikrofon
- OR
- Optimierte Regelung
- PDF
- Individualisiertes digitales Filter
- PER
- Persönliche Antwort am Ohr
- RAS
- Aufgezeichnetes Audiosignal
- REP
- Wiedergabesignal
- RS
- Audioreferenzsignal
- S
- Lautsprecher
- SRF
- Schallquellenreferenzsystem
- U
- Nutzer
- URF
- Nutzer-Referenzsystem
