EP1341398B1 - Tragbare Schallwiedergabevorrichtung - Google Patents

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EP1341398B1
EP1341398B1 EP02003926A EP02003926A EP1341398B1 EP 1341398 B1 EP1341398 B1 EP 1341398B1 EP 02003926 A EP02003926 A EP 02003926A EP 02003926 A EP02003926 A EP 02003926A EP 1341398 B1 EP1341398 B1 EP 1341398B1
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transducer
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space
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Roland Dr. Aubauer
Michael Hülskemper
Stefano Ambrosius Dr. Klinke
Frank Lorenz
Christoph Dr. Poerschmann
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Siemens AG
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S1/00—Two-channel systems
    • H04S1/002—Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
    • H04S1/005—For headphones

Definitions

  • the invention relates to a portable Sound reproduction device according to the preamble of claim 1.
  • Such a portable sound reproduction device is from the WO 99/14735 A2 known.
  • the transducer is usually in the form of headphones realized that emits acoustic signals that electrical signals from the sound player assigned.
  • the invention is based on the object to create a portable sound reproducer that a spatial perception of a sound source by a Permitted users of the sound reproduction device.
  • MP3 players in particular come as sound playback devices and communication terminals that also play sound signals can, in question.
  • the portable Sound reproduction device can completely on the in the state the technology provided fixed reference signal transmitter to be dispensed with. Rather, can be required Reference data directly at the sound player are present, so that the control device due to the Reference data and the orientation data from the sensors a current orientation of the head of a user who can use headphones.
  • Reference data are data from the sensors, which one correspond to the predetermined zero position of the sound transducer, while the sensors transmit orientation data, the one certain orientation of the transducer in the describe three-dimensional space.
  • the reference data can also be used with a predetermined frequency are updated, each relative changes from a previous record to one current record can be found, each Record of a specific orientation of the sound transducer in the Space is assigned. In this way, due to an autocorrelation between the orientation data and the Reference data on a change in the orientation of the Close the transducer in the room.
  • the control device for adapting one is preferred a human head related transfer function (“HRTF”, "head related transfer function”) trained the a sound transmission between the virtual sound source and describes the sound pressure of the sound transducer.
  • HRTF human head related transfer function
  • This transfer function becomes dependent on the results adapted to the orientation data comparison device, that the virtual sound source for a user of the portable sound reproducer essentially remains stationary.
  • the sound reproducing device can be an orientation reference signal transmitter have that in one essentially constant distance from the sound transducer is arranged, the sensors for detecting components of a Reference signal can be designed as the orientation data can.
  • the reference signal generator can be, for example Generate magnetic field, its three spatial components of three suitably arranged sensors can be detected. The so Orientation data determined can then be used for a Zero position of the sound transducer representative reference data be compared to a current orientation of the Determine sound transducer in the room.
  • the orientation reference signal transmitter can for example in the Sound playback device can be integrated. However, it is also possible that he's near the at least one Sound transducer is arranged. It is only essential that he follow a translational movement of the least a sound transducer is arranged in the room.
  • the orientation reference signal transmitter to the at least one sound transducer is arranged adjacent, can the sensors for the orientation data at the Sound player are located.
  • orientation reference signal generator is used for a Embodiment in a communication terminal with associated Integrated antenna, its reference signals can be via the standard antenna are broadcast, whereby then the sensors for acquiring orientation data the transducer will be located.
  • the orientation reference signal transmitter is preferably in the Integrated player.
  • At least one optical camera for continuous acquisition of current image data than that Orientation data is provided to follow a Reorientation of the sound transducer in the room is appropriate.
  • the optical camera can, for example, directly on a Be attached to the transducer and continuously images one at least partially stationary environment of a user of the Record sound reproduction device. Based on recorded image signals can change the orientation of the Sound transducer can be determined in the room. By comparison or Autocorrelation between current image data as Orientation data and previous image data as Reference data can this reorientation of Sound transducer can be detected in the room.
  • There are Transfer functions for filtering raw sound signals from the communication terminal provided as a filter for the Raw sound signals are used.
  • Headphones should be provided to the filtered raw sound signals play. There are one on these headphones or several optical cameras are provided, for example with a repetition rate of at least 60 Hz image data record that for a current orientation of the headphones are representative in the room.
  • the image data of a previous image as reference data are in a Orientation data comparison device with a current one Image consisting of orientation data compared.
  • the Result of the comparison or an autocorrelation between the previous and the current image concludes about the current orientation of the headphones in the Space, so that, as already explained above, an adjustment of the Transfer functions via a control device of the Communication terminal can be made.
  • CMOS cameras can be used for the optical cameras are used, which are very small and inexpensive, so that the sound reproducing device with little effort can be produced.
  • the invention is not based on the Use with communication terminals as Sound players is limited. Rather come any portable sound player as a component the sound reproduction device according to the invention, the one with a control device and one Comparison device can be equipped according to the invention can.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine tragbare Schallwiedergabevorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine solche tragbare Schallwiedergabevorrichtung ist aus der WO 99/14735 A2 bekannt.
Bei einer solchen tragbaren Schallwiedergabevorrichtung ist der Schallwandler üblicher Weise in Form eines Kopfhörers realisiert, der akustische Signale aussendet, die elektrischen Signalen von der Schallabspieleinrichtung zugeordnet sind.
Allgemein besteht eine Entwicklungsrichtung im Hinblick auf Schallwiedergabevorrichtungen darin, eine räumliche Wahrnehmung einer Schallquelle zu erzielen, wobei das Schallsignal mit einer sog. "Head Related Transfer Function" "(HRTF)" gefiltert wird. Solche Funktionen beschreiben die Schallübertragung zwischen einem Punkt im Raum, an dem eine Schallquelle angeordnet ist, und dem Schalldruck am Ort des Empfängers. Die Funktionen hängen von der Position der Schallquelle sowie von einer Orientierung des Schallwandlers im Raum ab, wobei die Orientierung des Schallwandlers, wenn er als Kopfhörer ausgebildet ist, von einer Orientierung des Kopfes eines Benutzers der Schallwiedergabevorrichtung abhängt.
Optimale Ergebnisse zum Herbeiführen einer räumlichen Wahrnehmung einer ortsfesten Schallquelle werden erreicht, wenn die Funktion ständig an die Position des Kopfes des Benutzers angepasst wird, so dass der Schall immer von der gleichen virtuellen Position im Raum zu kommen scheint.
Ein solcher akustischer Effekt ist jedoch bisher bei tragbaren Schallwiedergabevorrichtungen nicht erzielbar. Aus dem Stand der Technik ist nämlich bisher eine Anordnung bekannt, bei der ein Schallabspielgerät ortsfest angeordnet ist, während ein Schallwandler in Form eines Kopfhörers mobil ausgestaltet ist, so dass sich ein Benutzer der Anordnung insgesamt frei im Raum bewegen kann. Ein ebenfalls ortsfester Sender sendet ein Referenzsignal, beispielsweise ein Magnetfeld, aus, das von in den Kopfhörer eingebauten Sensoren empfangen wird. Diese empfangenen Signale werden an eine Steuereinrichtung übertragen, die anhand des gesendeten Referenzsignals und der von den Sensoren empfangenen Signale die Kopforientierung bzw. die Orientierung des Schallwandlers im Raum ermitteln kann. Aufgrund dessen wird die oben angesprochene Funktion so angepasst, dass der Benutzer des Kopfhörers den Eindruck gewinnt, die Position seiner Schallquelle bleibe ortsfest. Da der im Stand der Technik vorgesehene Sender für das Referenzsignal sich in einer festen Position im Raum befinden muss, ist die Anordnung insgesamt ungeeignet für tragbare Schallwiedergabevorrichtungen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine tragbare Schallwiedergabevorrichtung zu schaffen, die eine räumliche Wahrnehmung einer Schallquelle durch einen Benutzer der Schallwiedergabevorrichtung gestattet.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten tragbaren Schallwiedergabevorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Als Schallabspieleinrichtungen kommen insbesondere MP3-Player und Kommunikationsendgeräte, die auch Schallsignale abspielen können, in Frage. Bei der tragbaren Schallwiedergabevorrichtung kann vollständig auf den im Stand der Technik vorgesehenen, ortsfesten Referenzsignale-Sender verzichtet werden. Vielmehr können erforderliche Referenzdaten unmittelbar an der Schallabspieleinrichtung vorliegen, so dass die Steuereinrichtung aufgrund der Referenzdaten und der Orientierungsdaten von den Sensoren eine aktuelle Orientierung des Kopfes eines Benutzers, der einen Kopfhörer verwendet, umsetzen kann.
Als Referenzdaten sind jegliche Daten denkbar, die es gestatten, eine relative Änderung der Orientierung des Schallwandlers im Raum zu bestimmen. So können die Referenzdaten Daten der Sensoren sein, die einer vorbestimmten Nulllage des Schallwandlers entsprechen, während die Sensoren Orientierungsdaten übermitteln, die eine bestimmte Orientierung des Schallwandlers im dreidimensionalen Raum beschreiben.
Alternativ können die Referenzdaten auch mit einer vorbestimmten Häufigkeit aktualisiert werden, wobei jeweils relative Änderungen eines vorhergehenden Datensatzes zu einem aktuellen Datensatz festgestellt werden, wobei jeder Datensatz einer bestimmten Orientierung des Schallwandlers im Raum zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich aufgrund einer Autokorrelation zwischen den Orientierungsdaten und den Referenzdaten auf eine Änderung der Orientierung des Schallwandlers im Raum rückschließen.
Bevorzug ist die Steuereinrichtung zum Anpassen einer auf einen menschlichen Kopf bezogenen Übertragungsfunktion ("HRTF", "head related transfer function") ausgebildet, die eine Schallübertragung zwischen der virtuellen Schallquelle und dem Schalldruck des Schallwandlers beschreibt.
Diese Übertragungsfunktion wird abhängig von den Ergebnissen der Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung so angepasst, dass die virtuelle Schallquelle für einen Benutzer der tragbaren Schallwiedergabevorrichtung im wesentlichen ortsfest bleibt. Wie im Stand der Technik bekannt, durchlaufen die Roh-Schallsignale von der Schallabspieleinrichtung aus ein Filter, das durch die Übertragungsfunktion, die von der Orientierung des Schallwandlers im Raum abhängt, charakterisiert ist, bevor sie zum Schallwandler gelangen.
Die Schallwiedergabevorrichtung kann einen Orientierungs-Referenzsignalgeber aufweisen, der in einem im wesentlichen gleichbleibenden Abstand zu dem Schallwandler angeordnet ist, wobei die Sensoren zum Erfassen von Komponenten eines Referenzsignals als die Orientierungsdaten ausgebildet sein können. Der Referenzsignalgeber kann beispielsweise ein Magnetfeld erzeugen, dessen drei Raumkomponenten von drei geeignet angeordneten Sensoren erfasst werden können. Die so ermittelten Orientierungsdaten können dann mit für eine Nulllage des Schallwandlers repräsentativen Referenzdaten verglichen werden, um eine aktuelle Orientierung des Schallwandlers im Raum festzustellen. Der Orientierungs-Referenzsignalgeber kann beispielsweise in die Schallabspieleinrichtung integriert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass er in der Nähe des mindestens einen Schallwandlers angeordnet ist. Wesentlich ist lediglich, dass er zum Folgen einer translatorischen Bewegung des mindestens einen Schallwandlers im Raum angeordnet ist.
Wenn beispielsweise der Orientierungs-Referenzsignalgeber dem mindestens einen Schallwandler benachbart angeordnet ist, können sich die Sensoren für die Orientierungsdaten an der Schallabspieleinrichtung befinden.
Wenn der Orientierungs-Referenzsignalgeber bei einer Ausführungsform in ein Kommunikationsendgerät mit zugehöriger Antenne integriert ist, können seine Referenzsignale über die standardmäßig vorhandene Antenne ausgestrahlt werden, wobei sich dann die Sensoren zum Erfassen von Orientierungsdaten an dem Schallwandler befinden werden.
Bevorzugt ist der Orientierungs-Referenzsignalgeber in das Abspielgerät integriert.
Es ist vorgesehen, dass mindestens eine optische Kamera zum fortlaufenden Erfassen aktueller Bilddaten als die Orientierungsdaten vorgesehen ist, die zum Folgen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum angebracht ist. Die optische Kamera kann beispielsweise unmittelbar an einem Schallwandler befestigt sein und fortlaufend Bilder einer wenigstens teilweise ortsfesten Umgebung eines Benutzers der Schallwiedergabevorrichtung aufnehmen. Anhand der aufgenommenen Bildsignale kann die Orientierung des Schallwandlers im Raum bestimmt werden. Durch Vergleich bzw. Autokorrelation zwischen aktuellen Bilddaten als Orientierungsdaten und vorhergehenden Bilddaten als Referenzdaten können diese Umorientierungen des Schallwandlers im Raum erfasst werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend noch näher beschrieben.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Schallabspielgerät als Kommunikationsendgerät ausgeführt, das auch Schallsignale abspielen kann. Es sind Übertragungsfunktionen zum Filtern von Roh-Schallsignale von dem Kommunikationsendgerät vorgesehen, die als Filter für die Roh-Schallsignale dienen.
soll ein Kopfhörer vorgesehen sein, um die gefilterten Roh-Schallsignale wiederzugeben. An diesem Kopfhörer sind eine oder mehrere optische Kameras vorgesehen, die beispielsweise mit einer Wiederholrate von wenigstens 60 Hz Bilddaten aufnehmen, die für eine aktuelle Orientierung des Kopfhörers im Raum repräsentativ sind. Die Bilddaten eines vorhergehenden Bildes als Referenzdaten werden in einer Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung mit einem aktuellen Bild, das aus Orientierungsdaten besteht, verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs bzw. einer Autokorrelation zwischen dem vorhergehenden und dem aktuellen Bild liefert Rückschlüsse über die aktuelle Orientierung des Kopfhörers im Raum, so dass, wie oben bereits erläutert, eine Anpassung der Übertragungsfunktionen über eine Steuereinrichtung des Kommunikationsendgerätes vorgenommen werden kann.
Für die optischen Kameras können insbesondere CMOS-Kameras eingesetzt werden, die sehr klein und kostengünstig sind, so dass die Schallwiedergabevorrichtung ohne großen Aufwand herstellbar ist.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist jeweils eine Signalverbindung für die gefilterten Schallsignale und eine Signalverbindung für die Sensorsignale vorgesehen, wobei die optischen Kameras die Sensoren bilden.
Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf den Einsatz bei Kommunikationsendgeräten als Schallabspieleinrichtungen beschränkt ist. Vielmehr kommen jegliche tragbaren Schallabspieleinrichtungen als Komponenten der Schallwiedergabevorrichtung nach der Erfindung in Frage, die mit einer Steuereinrichtung und einer Vergleichseinrichtung nach der Erfindung ausgestattet werden können.

Claims (4)

  1. Tragbare Schallwiedergabevorrichtung mit einer Schallabspieleinrichtung und mindestens einem Schallwandler, der mit der Schallabspieleinrichtung über eine Signalverbindung verbunden ist,
    wobei
    die Schallwiedergabevorrichtung mit Sensoren zum Erfassen von Orientierungsdaten über die Orientierung des Schallwandlers im Raum ausgestattet ist und
    dass die Schallabspieleinrichtung, der die Orientierungsdaten von den Sensoren aus über eine weitere Signalverbindung zugeleitet werden, eine Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung zum Vergleichen aktueller Orientierungsdaten mit Referenzdaten zum Bestimmen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schallausgabesignalfilters des Schallabspielgerätes aufgrund eines Ergebnisses der Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine virtuelle Schallquelle, die von dem Schallwandler gebildet wird, bei einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum im wesentlichen ortsfest bleibt und
    dass mindestens eine optische Kamera zum fortlaufenden Erfassen aktueller Bilddaten als die Orientierungsdaten vorgesehen ist, die zum Folgen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum angebracht ist.
  2. Schallwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Anpassen einer auf einen menschlichen Kopf bezogenen Übertragungsfunktion ("HRTF", "head related transfer function") ausgebildet ist, die eine Schallübertragung zwischen der virtuellen Schallquelle und dem Schalldruck des Schallwandlers beschreibt.
  3. Schallwiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Orientierungs-Referenzsignalgeber aufweist, der in einem in wesentlichen gleichbleibenden Abstand zu dem Schallwandler angeordnet ist, und die Sensoren zum Erfassen von Komponenten eines Referenzsignals als die Orientierungsdaten ausgebildet sind.
  4. Schallwiedergabevorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Orientierungs-Referenzsignalgeber in das Schallabspielgerät integriert ist.
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