EP3337183A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb eines kopfhörers - Google Patents

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EP3337183A1
EP3337183A1 EP17204827.4A EP17204827A EP3337183A1 EP 3337183 A1 EP3337183 A1 EP 3337183A1 EP 17204827 A EP17204827 A EP 17204827A EP 3337183 A1 EP3337183 A1 EP 3337183A1
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EP
European Patent Office
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ear
headset
headphone
loudspeaker
resistance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17204827.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Buck
Thomas Northemann
Stefan Leidich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3337183A1 publication Critical patent/EP3337183A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1016—Earpieces of the intra-aural type
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    • H04R2460/00—Details of hearing devices, i.e. of ear- or headphones covered by H04R1/10 or H04R5/033 but not provided for in any of their subgroups, or of hearing aids covered by H04R25/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2460/15—Determination of the acoustic seal of ear moulds or ear tips of hearing devices
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for operating a headset or a headset, in particular an in-ear headphone or a corresponding set, according to the preambles of the respective independent claims.
  • the present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • So-called “in-the-ear” or “in-ear” headphones are often used in mobile terminals, e.g. in mobile phones, mobile music players or portable computers, e.g. Laptop or tablet computers.
  • the loudspeakers I use are mostly membrane loudspeakers driven by low-impedance magnetic coils.
  • the respective mobile terminal and the headphone interact in such a way that it is first detected whether there is an effective electrical connection between the terminal and the headset, and that at a detected electrical connection present in the terminal control or driver program an audio connection between an audio application and the headset.
  • the control of the audio application and corresponding functions such as volume control, selection of an audio file or the termination of a telephone connection is usually done by means arranged on the terminal controls such as buttons, touchscreen icons or the like.
  • an apparatus and method for detecting AC electrical resistance (impedance) of a headset for an electronic terminal is disclosed.
  • a signal or a correspondingly derived signal signature which is defined by a respectively present impedance characteristic of a load applied to the terminal, is between the presence of an electrical connection of the terminal with a headphone or the Existence of an electrical connection of the terminal with a self-amplified output device, which has a "line-level” input, distinguished.
  • a corresponding "line-out" amplifier and a suitable insulation resistance are activated at the terminal, by means of which the required for a line-out high voltage level or the correspondingly required high capacitive load can be provided or driven.
  • the method proposed here or the circuit arrangement for operating a headphone or a headphone with a terminal concerned here, in particular a corresponding in-ear headphones the idea is based on the electrical resistance, in particular the electrical AC resistance (impedance) To determine at least one speaker of an in-ear headphone, whether the headset is in the ear or outside the ear of a user.
  • the method is based on the technical effect that the electrical resistance or the alternating electrical resistance (impedance) of a loudspeaker or both loudspeakers in an in-ear loudspeaker caused by the sound pressure-induced acoustic attenuation of the loudspeaker membrane and / or by the inner chamber acoustic attenuation / Resonance effects, indirectly on by the Loud speaker flowing electrical current back and therefore influenced or changed accordingly.
  • the said effect can be further exploited to depending on the respective headset type or the speaker used therein and the respective user or the spatial configuration of his ear interior, signatures for the impedance history in the ear and outside of the ear arranged headphones generate, by means of which the detection of the affected state of use of the headphone can be performed even more precise and thus more reliable.
  • An embodiment of the proposed method provides that the electrical current flowing through at least one loudspeaker of the headset is detected as a function of the time that time-dependent resistance values are calculated from the detected electrical current values using a specifiable electrical drive voltage such that the time-dependent resistance values are determined by means of Fourier signals. Transformation are converted into frequency-dependent resistance values, and that it is detected from the resulting frequency-dependent resistance values, whether the headset is arranged in or on the ear or outside or away from the user's ear.
  • a frequency-dependent signature for the resistance characteristic is generated from the said frequency-dependent resistance values in headphones arranged in or on the ear and outside the ear, on the basis of which said detection is carried out.
  • the said recognition method is trained and thereby the recognition rate and / or the recognition quality are optimized or improved.
  • the proposed method makes it possible, even without additional sensors, to automatically interrupt or end the playback of an audio file in the terminal if it is determined that the headset is no longer on or in the ear of the user.
  • a telephony terminal When operating a telephony terminal can be alternatively or additionally provided in the proposed method that the terminal is automatically transferred to the handsfree operation or switched when recognizing that the headset is no longer on or in the ear of the user. This makes it possible that a telephone call already executed can be continued without interruption even when the headset falls out of the user's ear.
  • this has a load resistor electrically connected to at least one loudspeaker, a first amplifier for providing a bias voltage, so that a load voltage drops across the load resistor, and an A / D converter for detecting the resistance of the at least one loudspeaker.
  • voltage signals supplied by two loudspeakers and by a microphone are fed by means of a multiplexer to a single A / D converter.
  • the method or the circuit arrangement thus make possible a more intuitive or user-friendly operation of a headphone concerned here as well as a reduction of the energy consumption of an energy store (for example battery or rechargeable battery), in particular of a mobile terminal.
  • an energy store for example battery or rechargeable battery
  • the computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the method according to the invention on an electronic control unit, without having to make structural changes to this.
  • the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored.
  • the electronic control unit according to the invention is obtained, which is set up to control a headphone or a terminal operated with a headphone by means of the method according to the invention.
  • a headset with a terminal, in this case a conventional (not shown here) mobile phone, based on a in Fig. 1 detected circuitry detected.
  • the circuit shown is implemented in the terminal in the present example, but may alternatively also be partially or totally integrated in the headset.
  • the circuit is electrically connected to a stereo pair of loudspeakers 100 arranged on the headphones and to a microphone 105 likewise arranged on the headphones.
  • microphone / speaker combination is often used as a handsfree device for a mobile device, such as a smartphone.
  • the electrical connection of the terminal with the headphone by means of a conventional, four-pin connector with lines 110, with one energized line 115, 120 for the two speakers 100, a live line 125 for the microphone 105 and three interconnected ground lines 130 for both the loudspeakers 100 and the microphone 105.
  • the circuit includes an analog-to-digital (A / D) converter 135 connected to the live line 125 of the microphone 105, the output of which is indicated by the dashed line 145. Furthermore, the circuit comprises a digital / analog (D / A) converter 140 connected to the live lines 115, 120 of the loudspeaker pair 100, whose output signal is indicated by the dashed line 150.
  • the two converters 135, 140 are implemented in the mobile terminal in a respective CODEC (Encoder / Decoder) of the terminal. It should be noted that today's CODECs usually provide a variety of input and output channels and the Fig. 1 for simplicity's sake only has the few channels shown here.
  • the circuit shown includes a conventional bias supply 155 provided by a first amplifier (not shown) for the microphone 105 with series connected resistor 156 and ground potential 158 connected bias voltage source 157.
  • the output from the microphone 105 supplied signal is also amplified by means of a first amplifier 160.
  • the circuit comprises a second amplifier 165 for signal amplification of an audio signal supplied by the D / A converter 140 and transmitted to the loudspeaker pair 100.
  • the second amplifier 165 comprises, as is usual, two amplifiers 170, 175 for the two audio channels 115, 120.
  • the inventive method or the circuit arrangement based on the generation of a (control) signal on the basis of a current flowing through the coil of at least one headphone speaker electrical current. From a suitably generated signal, suitable features or signatures are extracted or changes in the electrical resistance or the impedance are detected in order to trigger predefinable actions on the terminal.
  • first embodiment of the circuit arrangement comprises the live lead 200 of a loudspeaker 205, in addition to the in Fig. 1 shown circuit, a shunt resistor 210.
  • a shunt resistor 210 in addition to the in Fig. 1 shown circuit, a shunt resistor 210.
  • V DRIVE 212 supplied by the named, not-shown, first amplifier, a shunt voltage V SHUNT 215 drops here via the shunt resistor 210.
  • the shunt voltage V SHUNT 215 galvanically decoupled by means of two capacitors 220 is supplied to an additional amplifier 225 and the correspondingly amplified voltage signal is finally supplied to an additional A / D converter 230, which in the present exemplary embodiment is provided as an auxiliary converter ("") provided specifically for the resistance detection of the loudspeaker 205.
  • Aux Audio A / D Converter ") is preferably capable of digitizing the entire bandwidth of the audio signal.
  • the described converter function can also be additionally implemented in the existing A / D converter 135.
  • an evaluation circuit or evaluation logic corresponding to the circuit components 210 to 230 may also be provided with a corresponding separate shunt resistor for the loudspeaker 235.
  • two separate A / D input channels may be present, taking advantage of e.g. In today's smartphones or sound cards installed there are often already several audio input channels are available, by means of which in a conventional manner analog audio signals can be converted by sampling ("sampling") into digital signals.
  • a second embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown, in which according to the Fig. 1 only a single A / D converter 135 is provided.
  • the voltage signals supplied by the speaker 205 and the microphone by means of a multiplexer, that is, in a known time division multiplex method, the single A / D converter 135 fed, ie in contrast to Fig. 2 without the requirement of an auxiliary converter 230 shown there.
  • a signal of the second loudspeaker can also be detected via a further shunt resistor and supplied to the single A / D converter.
  • a driver voltage V DRIVE 212 is provided, wherein one of the Fig. 2 corresponding shunt resistor 300 also drops a shunt voltage 303.
  • V DRIVE 212 is provided, wherein one of the Fig. 2 corresponding shunt resistor 300 also drops a shunt voltage 303.
  • MUX 4-to-2 multiplexer
  • the microphone signal can also be multiplexed in time using only the single amplifier 160 and the single A / D converter 135 be supplied.
  • the multiplexer 320 is electrically isolated from the second amplifier 160.
  • a separate or separate shunt resistor R SHUNT is also provided for the second loudspeaker 235, wherein the corresponding voltage signal would likewise be supplied to the A / D converter 135 by means of a multiplexer.
  • the multiplexer would have to be formed as a channel-wise extended 6-to-2 multiplexer instead of the mentioned 4-to-2 multiplexer 320.
  • a disadvantage of the second embodiment over the first embodiment is that the microphone 105 is at least temporarily unavailable during the course of detection of the resistance or the impedance of the loudspeakers 205, 235.
  • FFT Fast-Fourier transformation
  • the described approach with the Fourier transform requires that a time-dependent audio signal is present at the respective loudspeaker or loudspeaker pair and that the said determination of the headphone usage state can not be performed when at the Headphones no corresponding audio signal is present. Therefore, it can alternatively be provided in the method that only those frequency ranges or frequency lines ("frequency bins") resulting in the FFT are evaluated whose signal strength exceeds an empirically predeterminable threshold value.
  • a test signal is transmitted to one or both speakers, for example a non-audible to the user ultrasonic signal in the frequency range of about 20 kHz to the said operating or use state of the headset in such To be able to determine situations in the manner described.
  • a high-frequency signal can also be output in addition to an existing audio signal, since thereby the impedance change can be detected even faster and / or more precisely.
  • Fig. 4 is for a headphone speaker a typical, measured impedance curve
  • the curve 400 corresponds to the situation of an in-ear headphones arranged in the ear of a user and the curve 405 corresponds to the situation of the same in-ear headphones, but outside the ear. As can be seen, the two curves 400, 405 differ significantly both in terms of amplitude and frequency dependence.
  • Fig. 5 an embodiment of the method according to the invention is illustrated with reference to a flow chart.
  • step 500 a current value of the mentioned variable I SPK (t) is first detected.
  • step 505 the calculation of the impedance Z SPK (T) ensues therefrom on the basis of the ohmic law, the specifiable driver voltage V DRIVE (t) 510 being taken into account.
  • step 515 the said FFT transformation takes place, resulting in the size Z SPK (f).
  • the described evaluation method is trained and thus optimized for a specific, present type of headphone.
  • the evaluation method takes into account only relative impedance changes, so that the absolute values have no influence on the evaluation result.
  • the method described can be implemented in the form of a control program for an electronic control unit for controlling a terminal concerned here or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).
  • ECUs electronice control units

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Telephone Function (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Kopfhörers, insbesondere eines In-Ear-Kopfhörers, durch einen Benutzer zusammen mit einem Endgerät, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der elektrische Widerstand wenigstens eines Lautsprechers des Kopfhörers ermittelt wird (500 - 510) und auf der Grundlage des ermittelten Widerstands erkannt wird (520), ob der Kopfhörer momentan im bzw. am Ohr oder außerhalb bzw. abseits des Ohrs des Benutzers angeordnet ist

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Kopfhörers bzw. einer Kopfhörer-Garnitur ("headset"), insbesondere eines In-Ear-Kopfhörers bzw. einer entsprechenden Garnitur, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
    • Stand der Technik
  • Sogenannte "In-Ohr"- bzw. "In-Ear"-Kopfhörer werden häufig bei mobilen Endgeräten, z.B. bei Mobiltelefonen, bei mobilen Musikabspielgeräten oder bei portablen Computern, z.B. Laptop- oder Tablet-Computern, eingesetzt. Bei den dabei verwendeten Lautsprechern handelt es ich meist um durch niederohmige Magnetspulen getriebene Membran-Lautsprecher.
  • Das jeweilige mobile Endgerät und der Kopfhörer interagieren dabei in der Weise, dass zunächst detektiert wird, ob eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem Endgerät und dem Kopfhörer vorliegt, und dass bei einer detektierten elektrischen Verbindung ein in dem Endgerät vorliegendes Steuer- oder Treiberprogramm eine Audioverbindung zwischen einer Audioanwendung und dem Kopfhörer aktiviert bzw. herstellt. Die Steuerung der Audioanwendung und entsprechender Funktionen wie Lautstärkeregelung, Auswahl einer Audiodatei oder die Beendigung einer Telefonverbindung erfolgt üblicherweise mittels an dem Endgerät angeordneter Bedienelemente wie Tasten, Touchscreen-Symbole oder dergleichen.
  • Aus US 2014/0003616 A1 gehen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des elektrischen Wechselstromwiderstandes (Impedanz) eines Kopfhörers für ein elektronisches Endgerät hervor. Anhand des erfassten Widerstandes, bzw. anhand eines Signals bzw. einer entsprechend abgeleiteten Signal-Signatur, welche durch eine jeweils vorliegende Impedanz-Charakteristik einer an dem Endgerät anliegenden Last definiert ist, wird zwischen dem Vorliegen einer elektrischen Verbindung des Endgeräts mit einem Kopfhörer oder dem Vorliegen einer elektrischen Verbindung des Endgeräts mit einem eigenverstärkten Ausgangsgerät, welches einen "Line-Level"-Eingang aufweist, unterschieden. In letzterem Fall werden an dem Endgerät ein entsprechender "Line-out"-Verstärker sowie ein geeigneter Isolationswiderstand aktiviert, mittels derer das für einen Line-out erforderliche hohe Spannungslevel bzw. die entsprechend erforderliche hohe kapazitive Last bereitgestellt bzw. getrieben werden kann.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Dem hier vorgeschlagenen Verfahren bzw. der Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Kopfhörers bzw. eines Kopfhörers mit einem hier betroffenen Endgerät, insbesondere eines entsprechenden In-Ear-Kopfhörers, liegt die Idee zugrunde, auf der Grundlage des elektrischen Widerstandes, insbesondere des elektrischen Wechselstromwiderstandes (Impedanz), wenigstens eines Lautsprechers eines In-Ear-Kopfhörers festzustellen, ob sich der Kopfhörer im Ohr oder außerhalb des Ohrs eines Benutzers befindet.
  • Dem Verfahren liegt der technische Effekt zugrunde, dass der elektrische Widerstand bzw. der elektrische Wechselstromwiderstand (Impedanz) die eines Lautsprechers oder beider Lautsprecher bei einem im Ohr befindlichen Lautsprecher durch die schalldruckbedingte akustische Dämpfung der Lautsprechermembran und/oder durch den Ohrinnenraum verursachte akustische Dämpfungs-/Resonanzeffekte, mittelbar auf den durch den Lautsprecher fließenden elektrischen Strom zurück wirkt und diesen daher entsprechend beeinflusst bzw. verändert.
  • Der genannte Effekt kann sich ferner zunutze gemacht werden, um abhängig vom jeweiligen Kopfhörertyp bzw. vom darin verwendeten Lautsprechertyp sowie vom jeweiligen Benutzer bzw. von der räumlichen Ausgestaltung seines Ohr-Innenraums, Signaturen für den Impedanzverlauf bei im Ohr und außerhalb des Ohrs angeordnetem Kopfhörer zu erzeugen, mittels der die Erkennung des hier betroffenen Benutzungszustands des Kopfhörers noch präziser und damit noch zuverlässiger durchgeführt werden kann.
  • Eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass der durch wenigstens einen Lautsprecher des Kopfhörers fließende elektrische Strom in Abhängigkeit von der Zeit erfasst wird, dass anhand einer vorgebbaren elektrischen Treiberspannung aus den erfassten elektrischen Stromwerten zeitabhängige Widerstandswerte berechnet werden, dass die zeitabhängigen Widerstandswerte mittels Fourier-Transformation in frequenzabhängige Widerstandswerte umgerechnet werden, und dass aus den sich ergebenden frequenzabhängigen Widerstandswerten erkannt wird, ob der Kopfhörer im bzw. am Ohr oder außerhalb bzw. abseits des Ohrs des Benutzers angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass aus den genannten, frequenzabhängigen Widerstandswerten eine frequenzabhängige Signatur für den Widerstandsverlauf bei im bzw. am Ohr und außerhalb bzw. abseits des Ohrs angeordnetem Kopfhörer erzeugt wird, anhand der die genannte Erkennung durchgeführt wird.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass mittels der frequenzabhängigen Signatur zusätzlich eine oder mehrere der folgenden Bedingungen bzw. Größen erkannt wird:
    • Der Kopfhörertyp;
    • der Benutzer;
    • die Beendigung oder Pausierung des Abspielens einer Audiodatei mittels des Endgerätes;
    • die Erfassung der Beendigung eines Telefonats mittels einer den Kopfhörer aufweisenden Freisprechanlage oder das Umschalten in einen Freisprechmodus;
    • die Zuführung zweier Kanalbeiträge eines Stereo-Audiosignals an nur einen Lautsprecher.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass das genannte Erkennungsverfahren trainiert und dadurch die Erkennungsrate und/oder die Erkennungsgüte optimiert bzw. verbessert werden/wird.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass bei der genannten Erkennung nur relative Widerstandsänderungen berücksichtigt werden, so dass Absolutwerte das Erkennungsergebnis nicht verfälschen können.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren wird auch ohne eine zusätzliche Sensorik ermöglicht, das Abspielen einer Audiodatei in dem Endgerät automatisch zu unterbrechen oder zu beenden, wenn festgestellt wird, dass der Kopfhörer sich nicht mehr am oder im Ohr des Benutzers befindet.
  • Beim Betrieb eines Telefonie-Endgerätes kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das Endgerät bei der Erkennung, dass der Kopfhörer sich nicht mehr am oder im Ohr des Benutzers befindet, automatisch in den Freisprechbetrieb übergeführt bzw. umgeschaltet wird. Dadurch ist es möglich, dass ein bereits ausgeführtes Telefonat auch beim Herausfallen des Kopfhörers aus dem Ohr des Benutzers ohne Unterbrechung fortgeführt werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung weist diese einen mit wenigstens einem Lautsprecher elektrisch verbundenen Lastwiderstand, einen ersten Verstärker zur Bereitstellung einer Vorspannung, so dass über den Lastwiderstand eine Lastspannung abfällt, und einen A/D-Wandler zur Widerstandserfassung des wenigstens einen Lautsprechers auf.
  • Bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung kann ferner vorgesehen sein, dass von zwei Lautsprechern gelieferte Spannungssignale mittels eines Multiplexers nur einem einzigen A/D-Wandler zugeführt werden.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass von zwei Lautsprechern und von einem Mikrofon gelieferte Spannungssignale mittels eines Multiplexers einem einzigen A/D-Wandler zugeführt werden.
  • Insgesamt ermöglichen das Verfahren bzw. die Schaltungsanordnung somit einen gegenüber dem Stand der Technik noch intuitiveren bzw. benutzfreundlicheren Betrieb eines hier betroffenen Kopfhörers sowie eine Verringerung des Energieverbrauchs eines Energiespeichers (z.B. Batterie oder Akkumulator) insbesondere eines mobilen Endgerätes.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Kopfhörer bzw. ein mit einem Kopfhörer betriebenes Endgerät mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    zeigt eine in Mobiltelefonen für den Betrieb eines Kopfhörers gemäß dem Stand der Technik eingesetzte Schaltungsanordnung.
    Fig. 2
    zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
    Fig. 3
    zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
    Fig. 4
    zeigt beispielhafte Widerstands-Messergebnisse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
    Fig. 5
    zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
    Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Gemäß einem in US 2014/0003616 A1 beschriebenen Ansatz wird das Verbinden eines Kopfhörers bzw. einer Kopfhörer-Garnitur ("headset") mit einem Endgerät, vorliegend eines üblichen (hier nicht gezeigten) Mobiltelefons, anhand einer in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung erfasst. Die gezeigte Schaltung ist in dem vorliegenden Beispiel in dem Endgerät implementiert, kann allerdings alternativ auch teilweise oder insgesamt in dem Kopfhörer integriert sein. Die Schaltung ist mit einem an dem Kopfhörer angeordneten Stereo-Lautsprecherpaar 100 sowie mit einem ebenfalls an dem Kopfhörer angeordneten Mikrofon 105 elektrisch verbunden. Die in Fig. 1 gezeigte Mikrofon/Lautsprecher-Kombination wird häufig als Freisprecheinrichtung für ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone, eingesetzt.
  • Die elektrische Verbindung des Endgerätes mit dem Kopfhörer erfolgt mittels eines üblichen, vierpoligen Steckers mit Leitungen 110, und zwar mit jeweils einer spannungsführenden Leitung 115, 120 für die beiden Lautsprecher 100, einer spannungsführenden Leitung 125 für das Mikrofon 105 sowie drei miteinander verbundenen Masseleitungen 130 sowohl für die Lautsprecher 100 als auch für das Mikrofon 105.
  • Die Schaltung umfasst einen mit der spannungsführenden Leitung 125 des Mikrofons 105 verbundenen Analog/Digital(A/D)-Wandler 135, dessen Ausgangssignal durch die gestrichelte Linie 145 angedeutet ist. Ferner umfasst die Schaltung einen mit den spannungsführenden Leitungen 115, 120 des Lautsprecherpaars 100 verbundenen Digital/Analog(D/A)-Wandler 140, dessen Ausgangssignal durch die gestrichelte Linie 150 angedeutet ist. In dem vorliegenden Beispiel sind die beiden Wandler 135, 140 in dem mobilen Endgerät in einem jeweiligen CODEC (Kodierer/Dekodierer) des Endgerätes implementiert. Es ist anzumerken, dass heutige CODECs meist eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangskanälen bereitstellen und die Fig. 1 nur zu Vereinfachungszwecken die hier gezeigten wenigen Kanäle aufweist.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung umfasst zudem eine übliche, von einem (hier nicht gezeigten) ersten Verstärker gelieferte Vorspannungs-Versorgung ("bias") 155 für das Mikrofon 105 mit in Reihe geschaltetem Widerstand 156 und mit Erdpotential 158 verbundener Bias Spannungsquelle 157. Das von dem Mikrofon 105 gelieferte Signal wird zudem mittels eines ersten Verstärkers 160 verstärkt. Ferner umfasst die Schaltung einen zweiten Verstärker 165 zur Signalverstärkung eines von dem D/A-Wandler 140 gelieferten, an das Lautsprecherpaar 100 übertragenen Audiosignals. Der zweite Verstärker 165 umfasst, wie meist üblich, zwei Verstärker 170, 175 für die beiden Audiokanäle 115, 120.
  • Gegenüber dem Stand der Technik beruhen das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Schaltungsanordnung auf der Erzeugung eines (Steuer-)signals auf der Grundlage eines durch die Spule wenigstens eines Kopfhörer-Lautsprechers fließenden elektrischen Stroms. Aus einem entsprechend erzeugten Signal werden geeignete Merkmale bzw. Signaturen extrahiert oder Änderungen des elektrischen Widerstands bzw. der Impedanz erfasst, um an dem Endgerät vorgebbare Aktionen zu triggern.
  • Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst die spannungsführende Leitung 200 des einen Lautsprechers 205, zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, einen Shuntwiderstand 210. Es ist anzumerken, dass in Fig. 2 für mit in Fig. 1 funktionell übereinstimmende Schaltungskomponenten identische Bezugszeichen verwendet werden. Aufgrund einer ebenfalls zusätzlich vorgesehenen und von dem genannten, nicht gezeigten ersten Verstärker gelieferten Vorspannung bzw. Treiberspannung VDRIVE 212 fällt hier über den Shuntwiderstand 210 eine Shuntspannung VSHUNT 215 ab. Die mittels zweier Kondensatoren 220 galvanisch entkoppelte Shuntspannung VSHUNT 215 wird einem zusätzlichen Verstärker 225 zugeführt und das entsprechend verstärkte Spannungssignal schließlich einem zusätzlichen A/D-Wandler 230 zugeführt, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eigens für die Widerstandserfassung des Lautsprechers 205 vorgesehener Hilfswandler ("Aux Audio A/D-Wandler") eingerichtet ist. Dieser Hilfswandler 230 ist bevorzugt befähigt, die gesamte Bandbreite des Audiosignals zu digitalisieren.
  • Es ist anzumerken, dass die beschriebene Wandlerfunktion auch in dem bestehenden A/D-Wandler 135 zusätzlich implementiert werden kann. Zudem ist erwähnenswert, dass auch für den Lautsprecher 235 eine den Schaltungskomponenten 210 bis 230 entsprechende Auswerteschaltung bzw. Auswertelogik mit einem entsprechenden separaten Shuntwiderstand vorgesehen sein kann.
  • Alternativ können auch zwei getrennte A/D-Eingangskanäle vorhanden sein, wobei man sich zunutze machen kann, dass z.B. in heutigen Smartphones bzw. dort verbauten Soundkarten häufig bereits mehrere Audio-Eingangskanäle vorhanden sind, mittels derer in an sich bekannter Weise analoge Audiosignale durch Abtastung ("sampling") in digitale Signale umgewandelt werden können.
  • In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gezeigt, bei dem entsprechend der Fig. 1 nur ein einziger A/D-Wandler 135 vorgesehen ist. Dabei werden die von dem Lautsprecher 205 und dem Mikrofon gelieferten Spannungssignale mittels eines Multiplexers, d.h. in einem an sich bekannten Zeitmultiplexverfahren, dem einzigen A/D-Wandler 135 zugeführt, d.h. im Unterschied zu Fig. 2, ohne das Erfordernis eines dort gezeigten Hilfswandlers 230. Mit einem erweiterten Multiplexer kann auch ein Signal des zweiten Lautsprechers über einen weiteren Shuntwiderstand erfasst und dem einzigen A/D-Wandler zugeführt werden.
  • Ähnlich wie in Fig. 2 ist auch in Fig. 3 eine Treiberspannung VDRIVE 212 vorgesehen, wobei über einen der Fig. 2 entsprechenden Shuntwiderstand 300 ebenfalls eine Shuntspannung 303 abfällt. Mittels Verzweigungsleitungen 305, 307, 310 sowie deren Zusammenspiel mit einem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel analogen 4-zu-2- Multiplexer (MUX) 320, kann auch das Mikrofonsignal im Zeitmultiplexverfahren dem nur einzigen Verstärker 160 und dem nur einzigen A/D-Wandler 135 zugeführt werden. Mittels der beiden Kapazitäten 315 wird der Multiplexer 320 von dem zweiten Verstärker 160 galvanisch getrennt.
  • Es ist hierbei anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel auch für den zweiten Lautsprecher 235 ein eigener bzw. separater Shuntwiderstand RSHUNT vorgesehen ist, wobei das entsprechende Spannungssignal ebenfalls mittels eines Multiplexers dem A/D-Wandler 135 zugeführt würde. Der Multiplexer müsste in diesem Ausführungsbeispiel allerdings als kanalmäßig erweiterter 6-zu-2-Multiplexer, anstatt des genannten 4-zu-2-Multiplexers 320, ausgebildet sein.
  • Ein Nachteil des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass das Mikrofon 105 während des Ablaufs einer Erfassung des Widerstands bzw. der Impedanz der Lautsprecher 205, 235 zumindest vorübergehend nicht zur Verfügung steht.
  • Im Folgenden wird anhand der Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Dabei wird der durch entweder den einen oder die beiden Lautsprecher des Kopfhörers fließende elektrische Strom ISPK anhand des ohmschen Gesetzes berechnet, und zwar im Zeitbereich, gemäß der an sich bekannten Beziehung ISPK(t) = VSHUNT(t)/RSHUNT. Da die von dem genannten ersten Verstärker gelieferte Vor- bzw. Treiberspannung VDRIVE 212 vorgebbar und damit als bekannt angenommen werden kann, kann die momentane Lautsprecher-Impedanz ZSPK(T) gemäß der folgenden Beziehung berechnet werden: ZSPK(T) = VDRIVE(t)/ISPK(t). Dabei stellt die Größe ZSPK(T) ein zeitabhängiges Signal dar, so dass in an sich bekannter Weise mittels "Fast-Fourier"-Transformation (FFT) aus dem zeitabhängigen Signal ZSPK(T) ein frequenzabhängiges Impedanzsignal ZSPK(f) gemäß der Beziehung ZSPK(f) = fft(ZSPK(t)) berechnet werden kann, anhand dessen ermittelt werden kann, ob sich der Kopfhörer momentan im Ohr oder außerhalb des Ohrs des jeweiligen Benutzers befindet.
  • Es ist anzumerken, dass der beschriebene Ansatz mit der Fourier-Transformation (FFT) voraussetzt, dass an dem jeweiligen Lautsprecher bzw. Lautsprecherpaar ein zeitabhängiges Audio-Signal anliegt und dass die genannte Ermittlung des Kopfhörer-Benutzungszustandes dann nicht durchgeführt werden kann, wenn an dem Kopfhörer kein entsprechendes Audiosignal anliegt. Daher kann bei dem Verfahren alternativ vorgesehen sein, dass nur solche bei der FFT sich ergebende Frequenzbereiche bzw. Frequenzlinien ("frequency bins") ausgewertet werden, deren Signalstärke einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Lautsprecherstrom ISPK(t) und die Treiberspannung VDRIVE(t) getrennt einer FFT unterzogen werden und nur Frequenzlinien ausgewertet werden, welche der folgenden Bedingung genügen: VDRIVE(f) > Vmin, und somit nur für diese Frequenzlinien die Impedanz in der beschriebenen Weise ermittelt wird.
  • Um das genannte Problem aufgrund der FFT in Situationen zu beheben, in denen kein Audiosignal an den Lautsprechern anliegt, z.B. wenn an dem Endgerät zwar noch keine Musik abgespielt wird, jedoch ein entsprechendes Abspielprogramm bereits geöffnet oder gestartet wurde, oder in Situationen, in denen überhaupt keine Musik oder dergleichen abgespielt wird, kann vorgesehen sein, dass ein Testsignal an einen oder beide Lautsprecher übertragen wird, z.B. ein für den Benutzer nicht hörbares Ultraschallsignal im Frequenzbereich von etwa 20 kHz, um den genannten Betriebs- bzw. Benutzungszustand des Kopfhörers auch in solchen Situationen in der beschriebenen Weise ermitteln zu können. Ein solches hochfrequentes Signal kann auch zusätzlich zu einem vorliegenden Audiosignal abgegeben werden, da dadurch die Impedanzänderung noch schneller und/oder noch präziser erfasst werden kann.
  • Ferner ist anzumerken, dass im Betrieb des Kopfhörers durch das fortlaufende Abspielen von Audiosignalen, z.B. von Musiktiteln, die meisten oder sogar alle möglichen Frequenzlinien durch die Treiberspannung VDRIVE abgedeckt werden, so dass dann in dem gesamten Frequenzbereich Impedanzwerte ZSPK(f) ermittelt werden können.
  • In Fig. 4 ist für einen Kopfhörerlautsprecher ein typischer, gemessener Impedanzverlauf |Z| in der Einheit [Ω] in Abhängigkeit von der Stromfrequenz f in der Einheit [Hz] im Frequenzbereich zwischen 1 kHZ und 20 kHz dargestellt. Die Kurve 400 entspricht dabei der Situation eines im Ohr eines Benutzers angeordneten In-Ear-Kopfhörers und die Kurve 405 der Situation desselben In-Ear-Kopfhörers, jedoch außerhalb des Ohrs. Wie zu ersehen, unterscheiden sich die beiden Kurven 400, 405 sowohl bezüglich der Amplitude als auch der Frequenzabhängigkeit deutlich.
  • In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In Schritt 500 wird zunächst ein aktueller Wert der genannten Größe ISPK(t) erfasst. In Schritt 505 erfolgt daraus die Berechnung der Impedanz ZSPK(T) anhand des ohmschen Gesetzes, wobei die vorgebbare Treiberspannung VDRIVE(t) 510 Berücksichtigung findet. In Schritt 515 erfolgt die genannte FFT-Transformation, aus der die Größe ZSPK(f) resultiert. Die Größe ZSPK(f) wird gemäß Schritt 520 in festen Zeitschritten der Dauer 0.1s oder länger ausgewertet, wobei jeweils Änderungen dieser Größe betrachtet werden, z.B. ΔZSPK(f) = ZSPK(f)(t) - ZSPK(f)(t-Δt)).
  • Durch die Erfassung der Impedanz bzw. entsprechenden, frequenzabhängigen Signatur sowie dessen Änderung über der Zeit können die folgenden Betriebsbedingungen bzw. Betriebsgrößen ermittelt werden:
    • Ermittlung des Kopfhörertyps, z.B. ob es sich um einen passiven oder aktiven Kopfhörer handelt, wobei der zulässige Wertebereich der genannten Größe ZSPK entspricht;
    • Ermittlung der Person des Benutzers, wobei der zulässige Wertebereich wiederum der genannten Größe ZSPK entspricht;
    • Erfassung der Beendigung bzw. Pausierung des Abspielens z.B. eines Musiktitels, wobei der zulässige Wertebereich gleich der genannten Änderung der Größe ZSPK, d.h. dem Wert ΔZSPK, entspricht;
    • Erfassung der Beendigung eines Telefonats mittels einer den Kopfhörer aufweisenden Freisprechanlage oder des Umschaltens in den Freisprechmodus, wobei der zulässige Wertebereich wiederum der genannten Änderung der Größe ZSPK, d.h. dem Wert ΔZSPK, entspricht;
    • Zuführung der beiden Kanalbeiträge eines Stereo-Audiosignals an nur einen Lautsprecher, d.h. sozusagen unter Bildung eines Mono-Audiosignals, wenn erkannt bzw. ermittelt wurde, dass momentan nur einer der beiden Kopfhörer bzw. Lautsprecher im Ohr des Benutzers angeordnet ist, wobei der zulässige Wertebereich der genannten Änderung der Größe ZSPK eines einzelnen Kanals, d.h. dem Wert ΔZSPK eines einzelnen Kanals, entspricht.
  • Da die sich ergebenden Absolutwerte der Impedanz vom genauen Lautsprechertyp abhängen und daher von Kopfhörer zu Kopfhörer variieren, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die beschriebene Auswertemethode für einen bestimmten, vorliegenden Kopfhörertyp trainiert und damit optimiert wird. Alternativ kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Auswerteverfahren nur relative Impedanzänderungen berücksichtigt, so dass die Absolutwerte keinen Einfluss auf das Auswerteergebnis haben.
  • Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung eines hier betroffenen Endgerätes oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kopfhörers, insbesondere eines In-Ear-Kopfhörers, durch einen Benutzer zusammen mit einem Endgerät, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand wenigstens eines Lautsprechers des Kopfhörers ermittelt wird (500 - 510) und auf der Grundlage des ermittelten Widerstands erkannt wird (520), ob der Kopfhörer im bzw. am Ohr oder außerhalb bzw. abseits des Ohrs des Benutzers angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Wechselstromwiderstand wenigstens eines Lautsprechers des Kopfhörers ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch wenigstens einen Lautsprecher des Kopfhörers fließende elektrische Strom in Abhängigkeit von der Zeit erfasst wird (500), dass anhand einer vorgebbaren elektrischen Treiberspannung aus den erfassten elektrischen Stromwerten zeitabhängige Widerstandswerte berechnet werden (505), dass die zeitabhängigen Widerstandswerte mittels Fourier-Transformation in frequenzabhängige Widerstandswerte umgerechnet werden (515), und dass aus den sich ergebenden frequenzabhängigen Widerstandswerten erkannt wird (520), ob der Kopfhörer im bzw. am Ohr oder außerhalb bzw. abseits des Ohrs des Benutzers angeordnet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den frequenzabhängigen Widerstandswerten eine frequenzabhängige Signatur für den Widerstandsverlauf bei im bzw. am Ohr und außerhalb bzw. abseits des Ohrs angeordnetem Kopfhörer erzeugt wird, anhand der die Erkennung (520) durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der frequenzabhängigen Signatur zusätzlich eine oder mehrere der folgenden Bedingungen bzw. Größen erkannt wird:
    - Der Kopfhörertyp;
    - der Benutzer;
    - die Beendigung oder Pausierung des Abspielens einer Audiodatei mittels des Endgerätes;
    - die Erfassung der Beendigung eines Telefonats mittels einer den Kopfhörer aufweisenden Freisprechanlage oder das Umschalten in einen Freisprechmodus;
    - die Zuführung zweier Kanalbeiträge eines Stereo-Audiosignals an nur einen Lautsprecher.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung (520), ob der Kopfhörer im bzw. am Ohr oder außerhalb bzw. abseits des Ohrs des Benutzers angeordnet ist, trainiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erkennung (520) nur relative Widerstandsänderungen berücksichtigt werden.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  9. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, einen Kopfhörer und/oder ein Endgerät mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zu steuern.
  11. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines wenigstens einen Lautsprecher (205) aufweisenden Kopfhörers, insbesondere eines In-Ear-Kopfhörers, durch einen Benutzer zusammen mit einem Endgerät, gekennzeichnet durch einen mit dem wenigstens einen Lautsprecher (205) elektrisch verbundenen Lastwiderstand (210), einen ersten Verstärker zur Bereitstellung einer Vorspannung (212), so dass über den Lastwiderstand (210) eine Lastspannung (215) abfällt, und einen A/D-Wandler (135, 230) zur Widerstandserfassung des wenigstens einen Lautsprechers (205).
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei Lautsprechern (205, 235) gelieferte Spannungssignale mittels eines Multiplexers (320) dem A/D-Wandler (135) zugeführt werden.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei Lautsprechern (205, 235) und von einem Mikrofon gelieferte Spannungssignale mittels eines Multiplexers (320) dem A/D-Wandler (135) zugeführt werden.
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