WO2007098916A1 - Lautsprecheranordnung in einem kraftfahrzeug sowie ein verfahren zur ansteuerung des mindestens einen lautsprechers - Google Patents

Lautsprecheranordnung in einem kraftfahrzeug sowie ein verfahren zur ansteuerung des mindestens einen lautsprechers Download PDF

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WO2007098916A1
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loudspeaker
segments
flächenlautsprechersegmente
speaker
headliner
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PCT/EP2007/001665
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Holger Opfer
Gordon Seitz
Thomas Jänsch
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • an acoustic element which comprises any number, preferably two, layers and at least one plastic film spaced from the layer, wherein at least one layer comprises at least one porous layer and the porous layer and the plastic film substantially only come in contact with each other at certain support points, while at the other locations an air gap between the porous layer and the plastic film is present.
  • the porous layer is either electrically conductive or at least coated on one of its surfaces so that it is electrically conductive.
  • the plastic film is charged or provided with an electrically conductive surface.
  • the support points at which the plastic film and the porous layer come into contact with each other are arranged so that the entire structure can change its thickness.
  • Electrostatic Area loudspeakers have the property of a particularly pronounced directional characteristic, ie a pronounced sound radiation perpendicular to the loudspeaker level. Since they are usually made of plastic, they are characterized in addition to their flat design further by good formability and low weight.
  • the speaker is designed as an electrostatic flat speaker, which is arranged in the headliner or forms the headliner.
  • the headliner can be utilized in a very space-saving manner and, if necessary, dispensed with a distributed arrangement of loudspeakers in the motor vehicle.
  • the direction information can now be generated depending on the embodiment. It should be made clear that the control by the driver assistance systems need not be directly directly, but can also be done indirectly via other control devices.
  • the electrostatic surface loudspeaker is arranged above the vehicle seat, wherein the area loudspeaker is segmented and the area loudspeaker segments can be controlled independently of one another.
  • the area speaker segments are arranged in different directions to the vehicle seat, wherein the at least one direction-determining area speaker segment is driven exclusively or with a larger amplitude than the remaining area speaker segments.
  • a politiciansnlaut Kirerpanel is arranged with four square segments, the head is centered to the panel. Then the segments with their centroids are left in front of the head, right in front of the head, left behind the head and right behind the head. If now a direction information "left behind" to be transmitted, the segment, which is located on the left behind the head, as a direction-determining segment exclusively or with a larger amplitude with the warning signal applied.
  • the remaining portions which is located on the left behind the head, as a direction-determining segment exclusively or with a larger amplitude with the warning signal applied.
  • switchable resistors could also be arranged in the parallel output branches of the amplifier in order to produce individual ones Attenuate signal amplitudes.
  • the change of the electrical bias is possible via different ways. For example, resistors can be switched on or off.
  • an electrical potentiometer between membrane and bias can be arranged so that the sound level is continuously variable. Alternatively or additionally, for example, the membrane between a negative bias voltage and ground switched back and forth. The latter has the particular advantage that no additional electrical power loss is generated.
  • At least two independently controllable loudspeakers are arranged in the headliner, it being possible in each case to generate a signal for the loudspeakers by means of a binaural head-related transfer function (HRTF) in a control unit in dependence on the desired directional information.
  • HRTF head-related transfer function
  • This embodiment makes use of the knowledge about the spatial perception of binaural signals in a control unit in order to pre-process the signals to be radiated by linear signal filtering in such a way that the target person, in spite of the radiation from above, thinks the sounds come from another direction.
  • the spatial perception of sounds is determined by sound reflections and diffraction at the head and the outer ear, which generally leads to a different coloring of the sounds on the left and right ear.
  • Level and transit time differences play a decisive role here. This means that sounds that are radiated from the back right, are perceived differently to those that occur, for example, from the right front.
  • This different perceptual behavior is summarized in the binaural outer ear transmission function, i. that both amplitude and phase over the frequency as well as the temporal course of the coloring to both ears is different.
  • the binaural signal can be "colored" in such a way that it sounds to the target person as if it came from the right behind and not from the top, for example Accordingly, the left ear transfer function on the left ear associated speaker and the right ear transfer function on the right ear associated speaker are set accordingly.
  • parts of the panel can be defined and configured as electrical leads, so that only one plug must be mounted and no expensive copper cables must be laid. If required, an additional electrical shielding can then be integrated into the panel.
  • the panel speakers can be used in addition to the individual support of the sound system and as a tweeter replacement. In this case, for example, the high-frequency components are radiated in normal sound mode in addition by the flat speakers in the headliner in stereo mode and supported by woofer or subwoofer accordingly. Passive sound absorption can be achieved through porous cover materials of the panel at high frequencies.
  • a control unit adapts both the adaptation of the sky to the current requirements of communication as well as the functions DVE, handsfree, private calling, rear seat entertainment, individual driver HMI (parking assistance, traffic, navigation announcements, warning sounds, beeps and info messages) as The adaptation to the acoustic comfort or image needs by Active Noise Control or sound design.
  • the sensitivity to hearing can then be recorded. If the occupant does not change his volume, this is to be understood as an indication of the insensitivity in this frequency. If then the sensitivity over the frequency is known, it is subsequently possible for the occupant, via a suitable transfer function, to supply a signal adapted to the frequency response of his hearing to his speech. Since the hearing impaired hears this adjusted signal well, this will adjust its volume accordingly, which is more pleasant for the other occupants. It was noted that this method is in principle independent of the specific installation location of the directional or directional microphones. Furthermore, a certain frequency response can be stored and assigned to a person, so that the frequency response does not have to be determined each time.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a change in the bias voltage.
  • the connection between the driver assistance systems 4, 5 and the audio signal processor 2 can also be done directly while saving the bus system 3.
  • the flat-panel loudspeaker 1 may be circular in shape the area speaker segments are formed as circle segments. Depending on the subdivision then the direction information can be subdivided even finer. Since usually vehicle seats are designed to be displaceable, the head position of the motor vehicle driver is not static. Therefore, the area loudspeaker 1 should be dimensioned such that, irrespective of the vehicle seat positions and / or the seat position of the motor vehicle driver, it is ensured that in each case two area loudspeaker segments are located in front of and behind the head. For the embodiment according to FIG.
  • the division of the area speaker segments is not 2x2 but 2x3 or 2x4.
  • a plurality of segments for example 8x8 are arranged in the headliner, wherein depending on the seating position some (for example four) of these segments are selected to transmit the direction information.
  • the seating position can be queried for example via a bus system from the servomotors of the vehicle seat. Accordingly, the inclination of the vehicle seat can be taken into account, since this also has an influence on the position of the head.
  • the amplitude can then be adjusted if necessary, for example, to radiate at larger persons with a smaller amplitude, since the head is usually closer to the speaker segments.
  • the size of the peson can be estimated, for example, from the seat tilt.
  • the area speaker 1 is again divided into four area speaker segments FS1-FS4.
  • the audio signal processor 2 comprises an output stage 6 and a bias module 7.
  • the output stage 6 provides at the output two out of phase signal amplitudes 8, 9 are available, which are guided to the two porous layers of all fourinstitunlaut Anlagenersegmente.
  • the output stage 6 supplies the bias voltage U b of, for example, -100 V, which is transferred to the biasing module 7.
  • the bias module 7 has its own bias output 10-13 for each area speaker segment FS1-FS4. Via a corresponding interface, the bias module 7 is connected to a data bus 3. Below, the bias module 7 is shown in somewhat more detail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Lautsprecher, wobei der Lautsprecher durch mindestens ein Fahrerassistenz- System (4, 5) ansteuerbar ist, um akustische Warnsignale mit einer Richtungsinformation zu erzeugen, wobei der Lautsprecher als elektrostatischer Flächenlautsprecher (1) ausgebildet ist, der im Dachhimmel angeordnet ist oder den Dachhimmel bildet, sowie ein zugehöriges Verfahren.

Description

Beschreibung
Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des mindestens einen Lautsprechers
Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des mindestens einen Lautsprechers, mittels derer eine akustische Warnung mit Richtungsinformation für den Kraftfahrzeugführer möglich ist.
Aus der DE 196 52 930 A1 ist eine Abstandswarnanlage mit einer akustischen Warneinrichtung bekannt, die Warnsignale abgibt, sobald ein Hindernis in einem vorgegebenen Abstandsbereich zur Warnanlage gemessen wird, wobei die Warneinrichtung mit mindestens zwei in Abhängigkeit von der Lage des Hindernisses getrennt ansteuerbaren akustischen Sendern, vorzugsweise Lautsprechern, versehen ist, die über getrennte Kanäle gleichzeitig derart ansteuerbar sind, dass die Lage und/oder Bewegung des von der Bedienperson des Fahrzeugs gehörten Tones einen Hinweis auf die Richtung gibt, in der das gemessene Hindernis sich befindet.
Ähnliche Vorrichtungen sind aus der DE 103 06 885 A1 , DE 103 45 680 A1 und DE 210 21 958 U1 bekannt.
Aus der WO 99/56498 ist ein akustisches Element bekannt, welches eine beliebige Anzahl, vorzugsweise zwei, Schichten und mindestens eine zu der Schicht beabstandete Kunststofffolie umfasst, wobei mindestens eine Schicht mindestens eine poröse Schicht umfasst und die poröse Schicht und die Kunststofffolie im wesentlichen nur an bestimmten Unterstützungsstellen miteinander in Kontakt kommen, während an den anderen Stellen ein Luftspalt zwischen der porösen Schicht und der Kunststofffolie vorhanden ist. Die poröse Schicht ist entweder elektrisch leitfähig oder mindestens auf einer ihrer Oberflächen so beschichtet, dass sie elektrisch leitfähig ist. Die Kunststofffolie ist aufgeladen oder mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehen. Die Unterstützungsstellen, an denen die Kunststofffolie und die poröse Schicht miteinander in Kontakt kommen, sind derart angeordnet, dass die gesamte Struktur ihre Dicke verändern kann. Durch Anlegen eines Signals an mindestens eine poröse Schicht wird dann die Kunststofffolie in Schwingungen versetzt, wobei vorzugsweise auch die andere poröse Schicht mit dem gegenphasigen Signal beaufschlagt wird. Diese Anordnung stellt einen elektrostatischen Flächenlautsprecher dar. Elektrostatische Flächenlautsprecher besitzen die Eigenschaft einer besonders ausgeprägten Richtcharakteristik, d.h. eine ausgeprägte Schallabstrahlung senkrecht zur Lautsprecherebene. Da sie üblicherweise aus Kunststoff hergestellt werden, zeichnen sie sich neben ihrer flachen Bauweise des Weiteren durch gute Formbarkeit und geringes Gewicht aus.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Lautsprecheranordnung zur akustischen Warnung mit einer Richtungsinformation zu schaffen, die bauraumsparender in einem Kraftfahrzeug angeordnet werden kann sowie ein zugehöriges Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu ist der Lautsprecher als elektrostatischer Flächenlautsprecher ausgebildet, der im Dachhimmel angeordnet ist oder den Dachhimmel bildet. Hierdurch kann sehr bauraumsparend der Dachhimmel ausgenutzt werden und auf eine verteilte Anordnung von Lautsprechern im Kraftfahrzeug bedarfsweise verzichtet werden. Die Richtungsinformation kann nun je nach Ausführungsform generiert werden. Dabei sei klargestellt, dass die Ansteuerung durch die Fahrerassistenzsysteme nicht unmittelbar direkt erfolgen muss, sondern auch über andere Steuergeräte mittelbar erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrostatische Flächenlautsprecher über dem Fahrzeugsitz angeordnet, wobei der Flächenlautsprecher segmentiert ist und die Flächenlautsprechersegmente voneinander unabhängig ansteuerbar sind.
Weiter vorzugsweise sind die Flächenlautsprechersegmente in verschiedenen Richtungen zum Fahrzeugsitz angeordnet, wobei das mindestens eine richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment ausschließlich oder mit größerer Amplitude als die übrigen Flächenlautsprechersegmente angesteuert wird. Anschaulich lässt sich dies so verstehen, dass über dem Kopf des Fahrers ein Flächenlautsprecherpanel mit vier quadratisch angeordneten Segmenten angeordnet ist, wobei der Kopf zentrisch zum Panel ist. Dann sind die Segmente mit ihren Flächenmittelpunkten links vor dem Kopf, rechts vor dem Kopf, links hinter dem Kopf und rechts hinter dem Kopf. Soll nun eine Richtungsinformation „links hinten" übertragen werden, so wird das Segment, das sich links hinter dem Kopf befindet, als richtungsbestimmendes Segment ausschließlich oder mit größerer Amplitude mit dem Warnsignal beaufschlagt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die übrigen
Flächenlautsprechersegmente mit den gleichen oder ähnlichen Signalen wie das ausgewählte, richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment angesteuert, eben nur mit einer geringeren Amplitude. Dem liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Da die effektive Fläche bei Abstrahlung nur durch das richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment im Verhältnis zur Gesamtfläche des Lautsprechers kleiner ist, strahlt es im Verhältnis zum Gesamtlautsprecher auch weniger gerichtet ab. Dies führt dazu, dass die anderen Fahrzeuginsassen das Warnsignal stärker wahrnehmen. Durch die Ansteuerung der übrigen Segmente mit dem gleichen bzw. sehr ähnlichen Signal geringerer Amplitude wird die Abweichung vom synchron schwingenden Flächenpol verringert und die gerichtete Abstrahlcharakteristik verbessert, so dass im Ergebnis die Beifahrer weniger stark gestört werden.
Alternativ oder ergänzend besteht eine weitere Möglichkeit die Beeinträchtigung der Beifahrer zu verringern darin, das richtungsbestimmende Segment wiederholt pulsartig und/oder etwas länger mit dem Warnsignal anzusteuern und somit dem Gehör des Fahrers eine Ortung zu erlauben und es durch die Wiederholungen immer wieder zurück auf diese Richtungswahrnehmung zu bringen. Anschaulich wird also nur temporär das richtungsbestimmende Segment mit höherer Amplitude angesteuert, indem der Puls auf ein gleichmäßiges Grundsignal für alle Segmente aufaddiert wird. Dies geschieht nach dem bekannten „Prinzip der ersten Wellenfront", wobei die ersten Wellenfronten eines Geräusches bei der räumlichen Wahrnehmung das Gehör entscheidend sind und auch bei einer Wellenfrontänderung der gewonnene Richtungseindruck zunächst erhalten bleibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der elektrostatische Flächenlautsprecher eine Kunststofffolie, die mit einer elektrischen Vorspannung beaufschlagt ist, wobei die Flächenlautsprechersegmente mit dem gleichen Signal angesteuert werden, wobei zwischen der Vorspannung und den Segmenten der Kunststofffolie der Flächenlautsprechersegmente Schaltelemente angeordnet sind, mittels derer die elektrische Vorspannung der einzelnen Flächenlautsprechersegmente veränderbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Schallpegel des Panels nicht nur von der Größe der Signalamplitude abhängig ist, sondern auch von der elektrischen Vorspannung der Membran. Wird nun die elektrische Vorspannung der Membran eines Flächensegments reduziert, so wird der Schallpegel reduziert. Durch die Veränderung der elektrischen Vorspannungen lässt sich somit ein richtungsbestimmendes Segment mit höherem Schallpegel realisieren, obwohl alle Flächenlautsprechersegmente mit der gleichen Signalamplitude angesteuert werden. Dies wiederum erlaubt die Verwendung eines einzigen Signalverstärkers, der parallel alle Flächenlautsprechersegmente ansteuert. Prinzipiell könnten auch in den parallelen Ausgangszweigen des Verstärkers zuschaltbare Widerstände angeordnet sein, um einzelne Signalamplituden zu dämpfen. Dies führt jedoch zu einer ungleichmäßigen Belastung der Endstufe des Verstärkers. Die Veränderung der elektrischen Vorspannung ist über verschiedene Wege möglich. So können beispielsweise Widerstände zu- oder abgeschaltet werden. Des Weiteren kann ein elektrisches Potentiometer zwischen Membran und Vorspannung angeordnet sein, so dass der Schallpegel kontinuierlich veränderbar ist. Alternativ oder ergänzend kann beispielsweise die Membran zwischen einer negativen Vorspannung und Masse hin- und hergeschaltet werden. Letzteres hat insbesondere den Vorteil, dass keine zusätzliche elektrische Verlustleistung generiert wird.
Ergänzend sei angemerkt, dass die hier für den Fahrerfahrzeugsitz vorgenommenen Ausführungen selbstverständlich auf jeden beliebigen Fahrzeugsitz ebenfalls angewendet werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Lautsprecher im Dachhimmel angeordnet, wobei mittels einer binauralen Außenohrübertragungsfunktion (engl. Head-related Transfer function HRTF) in einer Steuereinheit in Abhängigkeit der gewünschten Richtungsinformation jeweils ein Signal für die Lautsprecher generierbar ist. Diese Ausführungsform nutzt das Wissen über die räumliche Wahrnehmung binauraler Signale in einer Steuereinheit zu realisieren, um die abzustrahlenden Signale durch lineare Signalfilterung so vorzuverarbeiten, dass die Zielperson trotz der Einstrahlung von oben denkt, die Geräusche kämen aus einer anderen Richtung. Die räumliche Wahrnehmung von Geräuschen wird bestimmt durch Schallreflexionen und Beugung am Kopf und vom Außenohr, was im Allgemeinen zu einer unterschiedlichen Einfärbung der Geräusche am linken und rechten Ohr führt. Hierbei spielen Pegel- und Laufzeitunterschiede eine entscheidende Rolle. Das heißt, dass Geräusche, die von rechts hinten eingestrahlt werden, unterschiedlich zu denen wahrgenommen werden, die beispielsweise von rechts vorne einfallen. Dieses unterschiedliche Wahrnehmungsverhalten wird in der binauralen Außenohrübertragungsfunktion zusammengefasst, d.h. dass sowohl Amplitude und Phase über der Frequenz als auch der zeitliche Verlauf der Einfärbung zu beiden Ohren unterschiedlich ist. Mit Kenntnis der Winkel- und höhenabhängigen HRFT und einer entsprechenden Signalvorverarbeitung kann man das binaurale Signal also so „einfärben", dass es sich für die Zielperson anhört, als käme es beispielsweise von rechts hinten und nicht von oben. Die HRFT kann dabei vorab bestimmt werden und als Look-up-Tabelle abgelegt werden. Entsprechend wird dann die Übertragungsfunktion für das linke Ohr an den dem linken Ohr zugeordneten Lautsprecher und die Übertragungsfunktion für das rechte Ohr an den dem rechten Ohr zugeordneten Lautsprecher eingestellt.
- A - Dabei können selbstverständlich die Ausführungsformen mit richtungsbestimmendem Flächenlautsprechersegment und HRFT miteinander kombiniert werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Dachhimmel aus Panel-Material der Flächenlautsprecher ausgebildet, wobei mindestens einzelne Segmente unterschiedlich ansteuerbar sind und mittels eines Beamforming ein akustisch gerichtetes Warnsignal erzeugen. Vorzugsweise wird dabei das Panelmaterial mit einer Versteifung versehen, die die für die Lautsprecher bzw. dahinter gegebenenfalls angeordnete Absorber notwendigen Rückvolumina enthält. Des Weiteren erlaubt dies eine Konfiguration einzelner Himmelsegmente als Lautsprecher, anderer als Mikrofone beispielsweise für Freisprecheinrichtungen und/oder DVE (digital voice enhancement). Diese besitzen abhängig von ihrer Fläche und des Betriebsmodus (Mono) eine ausgeprägte Richtcharakteristik, die durch das oben angesprochene Beamforming noch weiter erhöht werden kann. Weiterhin können Teile des Panels (beispielsweise die elektrisch leitfähigen Schichten) als elektrische Zuleitungen definiert und konfiguriert werden, so dass nur ein Stecker montiert werden muss und keine teuren Kupferleitungen verlegt werden müssen. Bedarfsweise kann dann eine zusätzliche elektrische Abschirmung in das Panel integriert werden. Die Panellautsprecher können weiter zusätzlich zur individuellen Unterstützung des Sound-Systems und als Hochtönerersatz verwendet werden. Dabei werden beispielsweise die hochfrequenten Anteile im normalen Sound-Betrieb zusätzlich durch die Flachlautsprecher im Dachhimmel im Stereo-Modus abgestrahlt und durch Tieftöner bzw. Subwoofer entsprechend unterstützt. Eine passive Schallabsorption kann durch poröse Deckmaterialien des Panels bei hohen Frequenzen erreicht werden.
Eine möglichst hohe Schallabsorption ist erwünscht, um ungewollte Reflexionen vom Dachhimmel zu verhindern, um dadurch das Hintergrundgeräusch im Fahrzeug zu minimieren. Zur Verbesserung des Absorptionsverhaltens bei tiefen Frequenzen kann hinter dem Panel ein Absorbermaterial angeordnet werden, wobei weiter vorzugsweise die Hohlraumresonanz des gedämpften Rückvolumens angepasst wird. Neben der Größe des Rückvolumens sind weitere Parameter zur Beeinflussung des Absorptionsverhaltens die Panelsteifigkeit, die Größe von Entlüftungsöffnungen für das Rückvolumen, die Perforation eines über das Panel gespannten Leders oder Stoffes, der Aufbau des porösen Absorbers (Luftwiderstand, Porosität, Schichtaufbau, Dicke der Schichten) oder auch gegebenenfalls zusätzliche Öffnungen des Panels. Dabei stellt die Gesamtkonstruktion eine Kombination verschiedener Absorber-Typen dar. So wirkt beispielsweise das über das Panel gespannte perforierte Stoff oder Leder als Lochabsorber, das Panel selbst als Plattenabsorber, die Membran des Panels als Folienabsorber, das Rückvolumen als Helmholtzabsorber und ein aus mehreren Schichten zusammengesetzter Absorber als Schichtabsorber. Durch geeignete Wahl der Parameter kann dann ein über das Frequenzband optimierter Gesamt-Absorber geschaffen werden. Eine weitere Verbesserung der niederfrequenten Absorption ist durch eine Semi-Active Noise Control oder eine Active Noise Control möglich. Bei der Semi-Active Noise Control wird der passive Absorber verstimmt, d.h. durch Ansteuerung der Membran werden die Resonanzen angepasst. Anschaulich wird die Impedanz durch Ansteuerung der Membran angepasst, die der Störschall bei Auftreffen auf den Dachhimmel registriert. Bei der Active Noise Control wird hingegen aus der Messung von Schalldruck und Schallschnelle das Störfeld berechnet und aktiv durch destruktive Interferenz ausgelöscht, wobei hier sowohl eine Regelung als auch eine Steuerung zur Anwendung kommen können. Hierbei ist die relativ hohe räumliche Abtastung des Schallfeldes durch die integrierten Mikrofone von großem Vorteil. Insbesondere bei der Active Noise Control ist das Panel vorzugsweise als Multilayer-Panel ausgebildet, wobei mindestens zwei Layer als Mikrofon ausgebildet sind. Alternativ zu den separat definierten Mikrofonpanels können auch die Lautsprecherpanels simultan als Mikrofone reduzierter Empfindlichkeit verwendet werden. Es versteht sich, dass die Semi- oder Active Noise Control mit den passiven Schallabsorbermaßnahmen kombiniert werden kann. Ein Steuergerät übernimmt sowohl die Anpassung des Himmels an die aktuellen Anforderungen der Kommunikation sowie die Funktionen DVE, Freisprecheinrichtung, „privates Telefonieren", Rear-Seat-Entertainment, Individuelles Fahrer-HMI (Einparkhilfe, Verkehrsfunk, Navigationsansagen, Warntöne, Signaltöne und Infonachrichten) als auch die Anpassung an die akustischen Komfort- bzw. Imagebedürfnisse durch Active Noise Control bzw. Sound-Design.
Bei einer Ausbildung mit Richtlautsprechern und Richtmikrofonen lässt sich darüber hinaus eine verbesserte Kommunikation in dem Kraftfahrzeug zwischen den Insassen erreichen, insbesondere können Schwerhörige verbessert miteinbezogen werden. Hierzu wird zunächst ermittelt, ob ein Fahrzeuginsasse lauter als ein Schwellwert spricht. Der Schwellwert für die Lautstärke kann dabei entweder fest vorgegeben sein oder aber adaptiv in Abhängigkeit der Lautstärke der Hintergrundgeräusche und/oder der anderen Insassen gewählt werden. Wird so ein potentiell Schwerhöriger ermittelt, so wird anschließend dessen Hörvermögen in Abhängigkeit der Frequenz ermittelt. Dabei kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden. Dem Insassen wird seine eigene Sprache nahezu in Echtzeit mit minimaler Verzögerung (< 10- 25 ms) über einen Richtlautsprecher verstärkt zugeführt. Dies hat zur Folge, dass dieser dies als zu laut empfindet und leiser spricht. Durch sukzessives Verstärken einzelner Frequenzanteile und Auswertung der Reaktion des Insassen kann dann die Hörempfindlichkeit aufgenommen werden. Ändert nämlich der Insasse seine Lautstärke nicht, ist dies als Hinweis auf die Unempfindlichkeit in dieser Frequenz aufzufassen. Ist dann die Empfindlichkeit über der Frequenz bekannt, so kann nachfolgend dem Insassen über eine geeignete Übertragungsfunktion ein auf dem Frequenzgang seines Gehörs angepasstes Signal seiner Sprache zugeführt werden. Da der Schwerhörige dieses angepasste Signal gut hört, wird dieser seine Lautstärke entsprechend anpassen, was für die übrigen Insassen angenehmer ist. Es sei angemerkt, dass dieses Verfahren prinzipiell unabhängig von dem konkreten Einbauort der Richtlautsprecher bzw. Richtmikrofone ist. Des Weiteren kann ein bestimmter Frequenzgang abgespeichert werden und einer Person zugeordnet werden, so dass der Frequenzgang nicht jedes Mal bestimmt werden muss.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 eine schematische Lautsprecheranordnung zur Abstrahlung einer
Richtungsinformation und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Veränderung der Vorspannung.
Die Lautsprecheranordnung umfasst einen elektrostatischen Flächenlautsprecher 1 , der in vier voneinander unabhängig ansteuerbare Flächenlautsprechersegmente FS1-FS4 unterteilt ist und zueinander quadratisch angeordnet sind. Der elektrostatische Flächenlautsprecher 1 ist im Dachhimmel eines Kraftfahrzeuges über dem Fahrzeugsitz des Kraftfahrzeugführers angeordnet. Der elektrostatische Flächenlautsprecher 1 ist dabei mittig über dem Kopf des Kraftfahrzeugführers angeordnet. Somit liegt beispielsweise das Flächenlautsprechersegment FS1 in einer Richtung links vorne zum Kopf des Kraftfahrzeugführers. Dem Flächenlautsprecher 1 ist ein Steuergerät zugeordnet, das beispielsweise als Audio-Signal-Prozessor 2 ausgebildet ist und die einzelnen Flächenlautsprechersegmente FS1-FS4 ansteuern kann. Der Audio- Signal-Prozessor 2 ist über ein Bus-System 3 mit mehreren Fahrerassistenz-Systemen 4, 5 verbunden, die beispielsweise als Einparkhilfe-Assistenz, Lane-Departure Warnig-System ausgebildet sind. Erfasst nun ein Fahrerassistenz-System eine Situation, wo der Kraftfahrzeugführer akustisch gewarnt werden soll, so generiert das Fahrerassistenz-System ein Signal und überträgt dies an den Audio-Signal-Prozessor 2. Das Signal umfasst zum einen die Information, dass gewarnt werden soll sowie ein Richtungsinformation. Der Audio-Signal- Prozessor 2 wertet nun das Signal aus und stellt beispielsweise fest, dass der Warnton von links hinten kommen soll. Entsprechend wird das Flächenlautsprechersegment FS3 ausschließlich oder mit größerer Amplitude im Vergleich zu den übrigen Flächenlautsprechersegmenten FS1 , FS2 und FS4 angesteuert. Dabei sei angemerkt, dass die Verbindung zwischen den Fahrerassistenz-Systemen 4, 5 und dem Audio-Signal-Prozessor 2 auch direkt erfolgen kann unter Einsparung des Bus-Systems 3. Weiter sei angemerkt, dass alternativ der Flächenlautsprecher 1 kreisförmig ausgebildet sein kann, wobei die Flächenlautsprechersegmente als Kreissegmente ausgebildet sind. Je nach Unterteilung kann dann die Richtungsinformation noch feiner unterteilt werden. Da üblicherweise Fahrzeugsitze verschiebbar ausgebildet sind, ist die Kopfposition des Kraftfahrzeugführers nicht statisch. Daher sollte der Flächenlautsprecher 1 derart dimensioniert werden, dass unabhängig von den Fahrzeugsitzpositionen und/oder der Sitzposition des Kraftfahrzeugführers sichergestellt ist, dass sich jeweils zwei Flächenlautsprechersegmente vor und hinter dem Kopf befinden. Für die Ausführungsform gemäß der Fig. 1 heißt das, dass gegebenenfalls die Aufteilung der Flächenlautsprechersegmente nicht 2x2 sondern 2x3 oder 2x4 ist. Alternativ zur Dimensionierung der Flächenlautsprechersegmente kann auch vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Segmenten (beispielsweise 8x8) im Dachhimmel angeordnet sind, wobei in Abhängigkeit von der Sitzposition einige (beispielsweise vier) dieser Segmente ausgewählt werden, um die Richtungsinformation zu übertragen. Die Sitzposition kann dabei beispielsweise über ein Bussystem von den Stellmotoren des Fahrzeugsitzes abgefragt werden. Entsprechend kann auch die Neigung des Fahrzeugsitzes berücksichtigt werden, da diese ebenfalls einen Einfluss auf die Position des Kopfes hat. Weiter kann dann auch bei Bedarf die Amplitude angepasst werden, beispielsweise um bei größeren Personen mit einer kleineren Amplitude abzustrahlen, da deren Kopf sich in der Regel dichter bei den Lautsprechersegmenten befindet. Die Größe der Peson kann dabei beispielsweise aus der Sitzneigung geschätzt werden.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform mit einer veränderbaren Vorspannung Ubιas dargestellt. Der Flächenlautsprecher 1 ist wieder in vier Flächenlautsprechersegmente FS1-FS4 unterteilt. Der Audio-Signal-Prozessor 2 umfasst eine Endstufe 6 und ein Vorspannungsmodul 7. Die Endstufe 6 stellt dabei am Ausgang zwei gegenphasige Signalamplituden 8, 9 zur Verfügung, die an die beiden porösen Schichten aller vier Flächenlautsprechersegmente geführt werden. Des Weiteren liefert die Endstufe 6 die Vorspannung Ubιas von beispielsweise -100 V, die an das Vorspannungsmodul 7 übergeben wird. Am Ausgang weist das Vorspannungsmodul 7 für jedes Flächenlautsprechersegment FS1-FS4 einen eigenen Vorspannungsausgang 10-13 auf. Über eine entsprechende Schnittstelle ist das Vorspannungsmodul 7 mit einem Datenbus 3 verbunden. Weiter unten ist das Vorspannungsmodul 7 etwas detaillierter dargestellt. Dabei ist jeder Vorspannungsausgang 10-13 über einen Widerstand R mit der Vorspannung Ubιas = -100 V verbunden. Des Weiteren ist jeder Vorspannungsausgang 10-13 über einen Relais-Kontakt mit zugeordnetem Relais K1-K4 mit Masse verbunden. Bei offenem Kontakt ist dann der Vorspannungsausgang 10-13 über den Widerstand R mit der Vorspannung Ub,aS verbunden und bei geschlossenem Kontakt mit Masse. Der Widerstand R dient dabei zur Strombegrenzung, um einen DC/DC-Wandler in der Endstufe 6 nur gering zu belasten, wenn der Kontakt geschlossen ist. Die Relais K1-K4 werden dann über den Datenbus 3 angesteuert. Soll nun beispielsweise das Flächenlautsprechersegment FS1 den höchsten Schallpegel abstrahlen, so liefert der Datenbus 3 Steuersignale für die Relais K2-K4, so dass die zugehörigen Kontakte schließen und an den Vorspannungsausgängen 11-13 Masse anliegt. Somit liefert das Flächenlautsprechersegment FS1 den höchsten Schallpegel, obwohl alle Flächenlautsprechersegmente mit den gleichen Signalamplituden 8, 9 angesteuert werden. Es versteht, dass anstelle der Relais K1-K4 auch andere Schalter, wie beispielsweise Transistoren, insbesondere MOSFETs, eingesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1) Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Lautsprecher, wobei der Lautsprecher durch mindestens ein Fahrerassistenz-System ansteuerbar ist, um akustische Warnsignale mit einer Richtungsinformation zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher als elektrostatischer Flächenlautsprecher (1) ausgebildet ist, der im Dachhimmel angeordnet ist oder den Dachhimmel bildet.
2) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Flächenlautsprecher (1) im Dachhimmel über dem Fahrersitz angeordnet ist, wobei der Flächenlautsprecher (1) segmentiert ist und die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) voneinander unabhängig ansteuerbar sind.
3) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) in verschiedenen Richtungen zum Fahrzeugsitz angeordnet sind, wobei das mindestens eine richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment ausschließlich oder mit größerer Amplitude als die übrigen Flächenlautsprechersegmente ansteuerbar ist.
4) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übrigen Flächenlautsprechersegmente mit dem gleichen Signal wie das ausgewählte richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment ansteuerbar sind.
5) Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment (FS1-FS4) pulsförmig ansteuerbar ist und/oder zeitlich länger als die übrigen Flächenlautsprechersegmente angesteuert wird.
6) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Flächenlautsprecher (1) eine Kunststofffolie umfasst, die mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, wobei die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) mit dem gleichen Signal angesteuert werden, wobei zwischen der Vorspannung und den Segmenten der Kunststofffolie der Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) Schaltelemente angeordnet sind, mittels derer die Vorspannung der einzelnen Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) veränderbar ist.
7) Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Lautsprecher im Dachhimmel angeordnet sind, wobei mittels einer binauralen Außenohrübertragungsfunktion in einer Steuereinheit in Abhängigkeit der gewünschten Richtungsinformation jeweils ein Signal für die Lautsprecher generierbar ist.
8) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dachhimmel aus Panel-Material der Flächenlautsprecher (1) ausgebildet ist, wobei mindestens einzelne Segmente unterschiedlich ansteuerbar sind und mittels eines Beamforming ein akustisch gerichtetes Signal generierbar ist.
9) Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatischen Flächenlautsprecher (1) über einen Audio- Signal-Prozessor (2) zusätzlich als Semi- oder Active Noise Control simultan betrieben werden.
10) Verfahren zur Ansteuerung einer Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, mittels mindestens eines als elektrostatischer Flächenlautsprecher (1) ausgebildeten Lautsprecher, der durch mindestens ein Fahrerassistenz-System (4, 5) ansteuerbar ist, wobei der Lautsprecher im Dachhimmel angeordnet ist oder den Dachhimmel bildet, wobei der Lautsprecher ein akustisches Warnsignal mit einer Richtungsinformation erzeugt.
11) Verfahren nach Anspruch 10, mittels eines im Dachhimmel über dem Fahrersitz angeordneten Flächenlautsprecher (1), wobei der Flächenlautsprecher (1) segmentiert ist und die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) voneinander unabhängig angesteuert werden und in verschiedenen Richtungen zum Fahrzeugsitz angeordnet sind, wobei das mindestens eine richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment ausschließlich oder mit größerer Amplitude angesteuert wird.
12) Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) mit dem gleichen Signal angesteuert werden. 13) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das richtungsbestimmende Flächenlautsprechersegment wiederholt pulsartig angesteuert wird und/oder das Signal länger als an den übrigen Flächenlautsprechersegmenten anliegt.
14) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Flächenlautsprecher (1) eine Kunststofffolie umfasst, die mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, wobei die Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) mit dem gleichen Signal angesteuert werden, wobei zwischen der Vorspannung und den Segmenten der Kunststofffolie der Flächenlautsprechersegmente (FS1-FS4) Schaltelemente angeordnet sind, mittels derer die Vorspannung der einzelnen Flächenlautsprechersegmente (FS1- FS4) veränderbar ist.
15) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Lautsprecher im Dachhimmel angeordnet sind, wobei mittels einer binauralen Außenohrübertragungsfunktion in einer Steuereinheit in Abhängigkeit der gewünschten Richtungsinformation jeweils ein Signal für die Lautsprecher generiert wird.
16) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachhimmel aus Panel- Material der Flächenlautsprecher ausgebildet ist, wobei mindestens einzelne Segmente unterschiedlich ansteuerbar werden und mittels Beamforming ein akustisch gerichtetes Signal generiert wird.
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