WO2008090090A1 - Akustische wiedergabevorrichtung und verfahren zur wiedergabe eines akustischen signals - Google Patents

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WO2008090090A1
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acoustic
vibration
digital
reproducing apparatus
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PCT/EP2008/050564
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Robert Bösnecker
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
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    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing

Definitions

  • the invention relates to an acoustic reproducing apparatus and to a method for reproducing an acoustic signal.
  • the acoustic playback device individually coupled to a vibration body and controllable by a control unit vibration exciter.
  • a vibration body is henceforth a substantially sheet-like, self-supporting, lightweight and rigid body to understand that can be excited to vibrate, especially glass, wood, plastic or the like.
  • a device for an acoustic window display advertising is known.
  • a trained as vibration exciter voice coil with a trained as a shop window vibrating body is firmly connected.
  • the voice coil is excited to vibrate, which are transmitted to the shop window.
  • the shop window radiates an audible sound spectrum.
  • vibration exciters it is also possible to cause a vibration body made of a different material to vibrate and thereby to radiate a sound spectrum.
  • a vibration body made of a different material to vibrate and thereby to radiate a sound spectrum.
  • Such an acoustic reproduction device is also referred to as surface loudspeaker.
  • One or more of these surface speakers can be integrated, for example, in the establishment of a room as a wall or ceiling paneling. In this way, a space-saving acoustic reproduction device can be realized.
  • a disadvantage of such surface loudspeakers are their non-linear acoustic properties. This means that either particularly high or especially Low frequencies are not or insufficiently reproduced.
  • a flat-panel loudspeaker is furthermore known, in which nonlinearities in the reproduction of the frequency spectrum of the oscillatory oscillating body are computationally compensated by means of a correction method.
  • a correction function is charged in a control unit with the acoustic signal to be reproduced. In this way, one can tune to the acoustic properties of the
  • Vibration body generate optimized acoustic signal.
  • the control unit for adapting the frequency band signal is comparatively expensive.
  • the analog frequency band signal is first converted by means of an analog-to-digital converter into a digital frequency band signal. Subsequently, it is adapted by means of a high-resolution and therefore expensive signal processor and finally converted back into an analog frequency band signal by means of a digital-to-analog converter.
  • the analog signal is split by means of a crossover for the application of several vibration exciters.
  • the invention has for its object to provide a technically simplified and thus cost-effective playback device with individually coupled to a vibrating body and controllable by a control unit vibration exciter.
  • the frequency band signal is broken down into subband signals which partially or not overlap in terms of their frequency.
  • a control unit is provided, which is configured to perform a grouping of the subband signals and to drive each vibration exciter with a group of subband signals.
  • a group in this case comprises at least one subband signal.
  • the vibration exciters are arranged on a homogeneous vibration body. Arranged under homogeneous trained vibration body. Under homogeneous design is understood here that the vibration body is formed uniformly over its surface, so for example, has the same material and thus in particular the same vibration properties.
  • subband signal denotes a frequency band signal for a limited frequency range.
  • a frequency-matched processing of the individual subband signals in the control unit is executable.
  • a processing of a subband signal from a low-frequency range can thus take place considerably slower than a processing of a sub-band signal of high frequencies.
  • a digital signal processor associated with the controller may be provided with lower processor power, resulting in a lower price for the signal processor.
  • Lower signal processor performance also means that additional electronic components installed in the control unit will not easily overheat. Thus, these electronic components can be designed more cost effective with an increased life.
  • the control unit and the signal processor can therefore also be operated in battery mode for a sufficiently long period of time.
  • the acoustic playback device is structurally relatively small and easy to carry out. Due to a possible miniaturization of the acoustic reproducing apparatus, new fields of application, in particular in the mobile area, can therefore be developed.
  • Another advantage of the division into the subband signals is the fact that the individual vibration exciters are preferably adapted to the limited frequency range of the respective subband signal, so that the individual vibration exciter can be easily and thus formed inexpensively.
  • the subband signals are data-reduced.
  • a data-reduced subband signal is to be understood as a signal which, due to a corresponding processing, has less data than the original acoustic signal.
  • the signal processor assigned to the control unit can be operated with an even lower processor power, since less data has to be processed.
  • the subband signals are digital signals. These digital signals can also be generated from analog signals via a digitization process and then split into subband signals. In this way, it is possible to directly process data-reduced digital frequency band signals split up according to common methods and split into subband signals by means of the digital signal processor. These are, for example, according to the MP3 standard or according to the Dolby AC3 standard. digital subband signals. Thus, when encoding according to the MP3 standard, a decomposition of the frequency band signal into 32 subband signals.
  • the MP3 standard is specified in ISO 11172-3.
  • the coding method according to the Dolby AC3 standard is used to encode a soundtrack in film technology. It is described in a white paper of the Advanced Television Systems Committee of June 14, 2005.
  • each vibration exciter is associated with a digital-to-analog converter for the conversion of its corresponding digital subband signal.
  • direct processing of each digital subband signal is possible.
  • An additional processing of the digital subband signal is thus not necessary.
  • the vibration exciter and the digital-to-analog converter can thus be designed simply and / or generate a sound spectrum of a high quality.
  • the control unit is set up to generate a correction signal for each of the subband signals.
  • each subband signal is digital signals
  • each digital correction signal with its corresponding digital subband signal can be calculated by means of a separate digital signal processor. Since the subband signal represents only a part of the frequency spectrum, an offset with its corresponding correction signal is much faster feasible.
  • a correction signal for a limited range of the frequency band can be determined mathematically significantly more accurately than for the entire frequency band.
  • a frequency band signal which acts on the control unit and is split into subband signals is transmitted to the control unit by means of a cable connection or wirelessly. In this way, a transmission of the frequency band signal to the installation situation of the acoustic reproduction device is easily adaptable.
  • the vibration exciters are designed as piezo transducers. These piezo transducers are attached to the vibrating body, for example glued to it. Each piezo converter is equipped with an analogue signal applied. As a result, he changes his volume in very short time intervals. Due to the coupling of the piezoelectric transducer to the vibration body, it is set in vibration. Since all piezo transducers are controlled at the same time, the vibrations transmitted to the vibrating body are superimposed. These vibrations are emitted as a sound spectrum from the vibrating body. About the properties of the individual piezoelectric transducers, in particular their size and their material, the frequency range to be reproduced can be specified.
  • piezo transducers which are each optimized for the reproduction of a subband signal
  • the entire frequency band signal can be reproduced.
  • Piezo converters are easy and inexpensive to produce.
  • an acoustic reproducing apparatus with very small dimensions can be realized in this way.
  • the vibrating body of the acoustic reproducing apparatus is card-shaped remplibil- det.
  • the acoustic playback device for example, on the carrier material of a check card, on a product packaging or on a smart card attachable.
  • instructions for a withdrawal process can be communicated to a user via the acoustic playback device.
  • the expiration date of the credit card can be communicated to a user in this way.
  • the output of the acoustic information is preferably coupled to a piezoelectric transducer designed as a push-button, which supplies the electrical energy for the acoustic reproduction for a predetermined period of time and with which the user can trigger the acoustic reproduction himself.
  • the vibration body is made of a textile fabric.
  • the acoustic reproduction device can be attached to a garment.
  • the acoustic reproduction advance direction for example, an MP3 player, directly into the garment, such as a jacket integrated. Due to the comparatively strong damping properties of the textile fabric, an arrangement of the acoustic playback device in the collar region of the jacket offers to achieve a reproduction with sufficient volume.
  • all bodies with a surface-like extent for the acoustic playback device can be used as a vibration body, as far as they can be sufficiently stimulated to vibrate. It is also conceivable to apply a arranged on a card-shaped vibration body acoustic reproduction device together with this card to a larger object. If the card-shaped oscillating body is fastened to the other object in such a way that it is at least partially decoupled from this other object in terms of oscillation, the acoustic reproduction properties of the acoustic reproducing apparatus can largely be predetermined.
  • the acoustic playback device is designed as a medical hearing aid.
  • the vibrating body is applied, for example, directly to a skull bone or in the vicinity of a skull bone in order to set this in vibration.
  • the inner ear of a person can be stimulated.
  • a detour via the stimulation of the auditory ossicles, as found in conventional hearing aids, is not necessary. Even a person whose auditory ossicles are irreversibly damaged, can thus be helped again to a hearing sensation.
  • the acoustic reproduction apparatus is applied, for example, to a film carrier which is applied, in particular glued, to a cranial bone by means of an operative procedure.
  • the cranial bone is stimulated to vibrate by means of an external device.
  • This external device can be integrated, for example, in an eyeglass temple, which is attached to the skull behind the ear. lies and stimulates the local skull bone to vibrate. But it can also be housed in a separate housing, which is similar to a conventional hearing aid mounted near the ear, for example, hung behind the ear is.
  • the object is further achieved by a method for reproducing a frequency signal decomposed into subbands by means of an acoustic reproducing device according to one of the preceding claims.
  • the advantages and further developments cited with regard to the reproducing apparatus can also be transferred analogously to the method.
  • FIG. 2 shows a detail of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a second acoustic reproduction device with a vibration body in elliptical form
  • FIG. 4 shows a third acoustic reproduction device with a vibration body made of a textile fabric
  • FIG. 5 shows a fourth acoustic one Playback device with a card-shaped vibration body.
  • an acoustic reproduction device 2 has a vibration body 4, to which a plurality of vibration exciters 6, here seven, designed as piezoelectric transducers, are fastened.
  • the serrated outer contour of the vibrating body 4 is intended to indicate that the vibrating body 4 can have an almost arbitrary shape.
  • the vibrating body 4 only has to be capable of oscillating. He can also be part of a larger area be element.
  • the vibration body 4 is homogeneously formed in its excitation area in which the individual vibration exciters 6 are arranged, and in particular has the same material composition or layer structure and preferably also the same thickness over its entire excitation area.
  • Each vibration exciter 6 is assigned an analogue cable 8.
  • each of these analog cables 8 is supplied with an analogue acoustic signal A1-A7.
  • the analog acoustic signal A1-A7 causes in its corresponding vibration exciter 6 volume changes, which are passed to the vibrating body 4.
  • the strip-like piezoelectric transducers have a different length. Therefore, they transmit different vibrations to the vibration body 4.
  • the vibrations of the individual vibration exciters 6 add up in the vibration body 4, and the superimposed vibrations are emitted as an audible sound spectrum.
  • FIG 2 illustrates how the analog acoustic signals AlA7 are generated in the control unit 10.
  • the starting point is a digital frequency band signal F, which is already coded in sub-bands T1-T7.
  • the coding of the frequency band signal F in seven subband signals T1-T7 is intended to clarify the procedure only schematically.
  • a digital MP3 signal is a frequency band signal F which is decomposed into thirty-two subband signals.
  • the frequency band signal F is processed by a main processor 12. From this it is split into its seven subband signals T1-T7. A decomposition here is merely a division of the digital frequency band signal F into its subband signals, not an additional conversion.
  • Each of the subband signals T1-T7 is supplied to a signal processor 14.
  • a correction signal K1-K7 is stored in each of the seven signal processors 14.
  • Each correction signal K1-K7 is offset with its corresponding subband signal T1-T7.
  • Each of the corrected subband signals Tl (Kl) -T7 (K7) is determined by means of a digital-analogue Converter converted into an acoustic analog signal A1-A7. These acoustic analog signals A1-A7 are then transferred via outputs 18 to the analog cable 8 and control the individual vibration exciter 6.
  • each subband signal T1-T7 represents only a comparatively small area of the entire frequency band. This also applies to the corresponding acoustic analog signal.
  • both the signal processors 14 and the digital-to-analog converters 16 can be designed with a comparatively low digital resolution, for example with a resolution of 12 bits. This reduces the cost of providing a single signal processor and a single digital-to-analog converter with a high digital resolution, such as 24 bits. Since the signal processors 14 and the digital / analog converters 16 also work in parallel, more information can be processed per unit of time. Therefore, the main processor 12 can be designed with a lower power, in particular with a lower clock frequency. This also reduces the costs for the control unit 10.
  • a frequency band signal encoded as MP3 signal in 32 subband signals is to be reproduced with the acoustic reproduction apparatus 2 shown in FIG. 1, the 32 subband signals are reproduced.
  • Signals are grouped into seven groups of frequency-related subband signals T1-T7. With each group of subband signals T1-T7, one of the seven vibration exciters 6 is excited to vibrate. In this way, a separate vibration exciter 6 is not necessary for each subband signal of the MP3 signal.
  • the subband signals can always be grouped so that each vibration exciter 6 is supplied with a subband signal T1-T7. If the frequency band signal has less than seven subband signals, a plurality of vibration exciters 6 can also be supplied with the same subband signal.
  • the grouping and / or combination of the subband signals of the frequency band F to seven subband signals T1-T7 in this example can be implemented in a simple manner by means of a simple algorithm stored in the main processor 12.
  • a second acoustic reproduction device 2 has an elliptical vibration body 4. On this vibration body 4 seven vibration exciter 6 are arranged in the manner of a fan. Each of the vibration exciter 6 is in turn driven by means of an analog cable 8 by a control unit 10 and acted upon by an acoustic analog signal A1-A7.
  • FIG. 2 only two analogue cables 8 have been drawn in for better clarity.
  • a third acoustic reproduction device 2 has a vibration body 4 made of a textile fabric. This is the section of a garment. Since the textile fabric adapts to the body shape of a wearer, the vibration body 4 is shown curved. Again, seven vibration exciters 6 are provided, which are each acted upon by an analog cable 8 by a control unit 10 with an acoustic analog signal A1-A7. In this way, the MP3 output can be play device implemented acoustic playback device 2 directly into the garment. The vibrations of the piezo transducers 6 and the surrounding textile fabric 4 are sufficient to generate an audible sound spectrum.
  • Such an acoustic reproduction device 2 can be integrated, for example, in a collar of a garment designed as a jacket. In this way, a close positioning on the ears of the wearer of the jacket is ensured.
  • the reproducing apparatus 2 shown in FIG. 5 has a card-shaped vibrating body 4. This is a check card whose chip is not shown for reasons of clarity. On the vibrating body 4 different circular piezo elements 6 are arranged. Each of these piezoelectric elements 6 is controlled by a control unit 10 by means of an analogue cable 8. For reasons of clarity, the control unit 10 is shown detached from the vibration body 4. In addition, only two analog cables 8 are shown. In this way, a bank card can be produced, which transmits acoustic information to a user during a withdrawal process from a bank account. This may be, for example, the spoken word that in a liftoff three times in succession, a wrong PIN was entered and the check card is currently not operational for further withdrawal attempts.
  • An acoustic reproduction device 2 arranged on a card-shaped vibration body 4 can also be used for a product packaging or a chip card. In all cases, spoken information or music is played back. This is done either permanently or triggered by a built-in switch, for example via a piezo sensor.
  • the piezoelectric sensor can at the same time be designed such that it provides the necessary for the reproduction of the sound spectrum electrical energy available. In this case, a power supplier such as a battery or a solar cell can be saved.

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Abstract

Die akustische Wiedergabevorrichtung (2) weist einzeln an einen Schwingungskörper (4) angekoppelte und mittels einer Steuereinheit (10) ansteuerbare Schwingungsanreger (6) auf. Die Steuereinheit (10) ist eingerichtet, jeden Schwingungsanreger (6) durch ein Teilbandsignal (T1-T7, A1-A7) eines in Teilbandsignalen (T1-T7, A1-A7) zerlegten Frequenzbandsignals (F) anzusteuern. Dabei überlappen sich die Teilbandsignale (T1-T7, A1-A7) hinsichtlich ihrer Frequenz nicht. Auf diese Weise ist eine direkte Verarbeitung, Korrektur und Wiedergabe der einzelnen Teilbandsignale (T1-T7, A1-A7) ohne eine aufwändige Verarbeitung möglich. Dadurch kann die Steuereinheit (10) vergleichsweise einfach und kostengünstig ausgeführt sein.

Description

Beschreibung
Akustische Wiedergabevorrichtung und Verfahren zur Wiedergabe eines akustischen Signals
Die Erfindung bezieht sich eine akustische Wiedergabevorrichtung und auf ein Verfahren zur Wiedergabe eines akustischen Signals. Dabei weist die akustische Wiedergabevorrichtung einzeln an einen Schwingungskörper angekoppelte und mittels einer Steuereinheit ansteuerbare Schwingungsanreger auf. Unter einem Schwingungskörper ist fortan ein im wesentlichen flächenförmiger, selbsttragender, leichter und biegesteifer Körper zu verstehen, der zu Schwingungen anregbar ist, insbesondere Glas, Holz, Kunststoff oder dergleichen.
Aus der DE 484 872 ist eine Einrichtung für eine akustische Schaufensterreklame bekannt. Dabei ist eine als Schwingungsanreger ausgebildete Schwingspule mit einem als Schaufensterscheibe ausgebildeten Schwingungskörper fest verbunden. Mittels einer Steuereinheit wird die Schwingspule zu Schwingungen angeregt, die auf die Schaufensterscheibe übertragen werden. Dabei strahlt die Schaufensterscheibe ein hörbares Klangspektrum ab. Mittels eines oder mehrerer Schwingungsanreger lässt sich auch ein aus einem anderen Werkstoff gefer- tigter Schwingungskörper zum Schwingen und dadurch zum Abstrahlen eines Klangspektrums bringen. So lassen sich beispielsweise aus Holz oder aus Kunststoff gefertigte platten- förmige Schwingungskörper zum Schwingen anregen. Eine derartige akustische Wiedergabevorrichtung wird auch als Flächen- lautsprecher bezeichnet. Einer oder mehrere dieser Flächenlautsprecher lassen sich beispielsweise in die Einrichtung eines Raumes als Wand- oder Deckenverkleidung integrieren. Auf diese Weise ist eine Platz sparende akustische Wiedergabevorrichtung realisierbar.
Nachteilig bei derartigen Flächenlautsprechern sind ihre nicht linearen akustischen Eigenschaften. Dies führt dazu, dass insbesondere entweder besonders hohe oder besonders niedrige Frequenzen nicht oder nur unzureichend wiedergegeben werden .
Aus der EP 1 169 884 Bl ist weiterhin ein Flächenlautsprecher bekannt, bei dem Nichtlinearitäten in der Wiedergabe des Frequenzspektrums des schwingfähigen Schwingungskörpers mittels eines Korrekturverfahrens rechnerisch ausgeglichen werden. Hierzu wird in einer Steuereinheit eine Korrekturfunktion mit dem wiederzugebenden akustischen Signal verrechnet. Auf diese Weise lässt sich ein auf die akustischen Eigenschaften des
Schwingungskörpers optimiertes akustisches Signal generieren.
Nachteilig ist jedoch, dass für jede Bauform des Schwingungskörpers aufwändige Versuche hinsichtlich seines Schwingungs- Verhaltens durchgeführt werden müssen. Außerdem ist die Steuereinheit zur Anpassung des Frequenzbandsignals vergleichsweise kostspielig. Zur Umrechnung wird das analoge Frequenzbandsignal nämlich zunächst mittels eines Analog-Digital- Wandlers in ein digitales Frequenzbandsignal gewandelt. An- schließend wird es mittels eines hoch auflösenden und daher teuren Signalprozessors angepasst und schließlich mittels eines Digital-Analog-Wandlers wieder in ein analoges Frequenzbandsignal gewandelt. Gegebenenfalls wird das Analogsignal noch mittels einer Frequenzweiche für die Beaufschlagung von mehreren Schwingungsanregern aufgespalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch vereinfachte und somit kostengünstige Wiedergabevorrichtung mit einzeln an einen Schwingungskörper angekoppelten und mittels einer Steuereinheit ansteuerbaren Schwingungsanreger anzugeben .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine akustische Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1. Hierzu ist das Fre- quenzbandsignal in Teilbandsignale zerlegt, die sich hinsichtlich ihrer Frequenz teilweise oder nicht überlappen. Weiterhin ist eine Steuereinheit vorgesehen, die eingerichtet ist, eine Gruppierung der Teilbandsignale durchzuführen und einen jeden Schwingungsanreger mit einer Gruppe von Teilbandsignalen anzusteuern. Eine Gruppe umfasst hierbei zumindest ein Teilbandsignal. Die Schwingungsanreger sind auf einem homogen ausgebildeten Schwingungskörper angeordnet. Unter homo- gen ausgebildeten Schwingungskörper angeordnet. Unter homogen ausgebildet wird hierbei verstanden, dass der Schwingungskörper über seine Fläche gleichmäßig ausgebildet ist, also beispielsweise die gleichen Material- und damit insbesondere die gleichen Schwingungseigenschaften aufweist.
Der Begriff Teilbandsignal bezeichnet ein Frequenzbandsignal für einen begrenzten Frequenzbereich. Somit ist eine fre- quenzangepasste Verarbeitung der einzelnen Teilbandsignale in der Steuereinheit ausführbar. Eine Verarbeitung eines Teil- bandsignals aus einem Bereich niedriger Frequenzen kann somit bedeutend langsamer erfolgen, als eine Verarbeitung eines Teilbandsignals hoher Frequenzen. Auf diese Weise ist von der Steuereinheit pro Zeiteinheit gegenüber einer Steuereinheit nach dem Stand der Technik nur noch eine geringere Datenmenge zu verarbeiten. So kann ein der Steuereinheit zugeordneter digitaler Signalprozessor mit einer niedrigeren Prozessorleistung ausgestattet sein, was in einem niedrigeren Preis für den Signalprozessor resultiert. Eine niedrigere Leistung des Signalprozessors hat auch zur Folge, dass in der Steuer- einheit verbaute zusätzliche elektronische Komponenten nicht so leicht überhitzen. Somit können diese elektronischen Komponenten bei einer erhöhten Lebensdauer kostengünstiger ausgelegt sein. Da sich sämtliche Schwingungen in dem Schwingungskörper überlagern, tritt bei dieser Vorgehensweise zudem kein Qualitätsverlust bei der Wiedergabe des Klangspektrums auf. Aufgrund der niedrigeren Prozessorleistung verringert sich der Stromverbrauch des Signalprozessors. Wird eine lediglich niedrige Wiedergabeleistung gewünscht, sind Steuereinheit und Signalprozessor daher auch im Batteriebetrieb für einen hinreichend langen Zeitraum betreibbar. Da außerdem keine aufwändige Kühlung der Steuereinheit mit ihren elektrischen Komponenten mittels einer Kühlvorrichtung notwendig ist oder eine derartige Kühlvorrichtung einfacher ausgeführt sein kann, ist die akustische Wiedergabevorrichtung baulich vergleichsweise klein und einfach ausführbar. Aufgrund einer möglichen Miniaturisierung der akustischen Wiedergabevorrichtung sind daher neue Anwendungsfelder, insbesondere im mobi- len Bereich, erschließbar.
Ein weiterer Vorteil der Aufteilung in die Teilbandsignale ist darin zu sehen, dass die einzelnen Schwingungsanreger bevorzugt an den begrenzten Frequenzbereich des jeweiligen Teilbandsignals angepasst sind, so dass die einzelnen Schwingungsanreger einfach und damit kostengünstig ausgebildet werden können.
Auch sind keine speziellen Maßnahmen bei der Ausgestaltung des Schwingungskörpers erforderlich, es ist also nicht notwendig und nicht vorgesehen, diesen zur Erzeugung eines gewünschten Klangspektrums inhomogen auszubilden und flächenabhängig ein unterschiedliches Schwingungsverhalten des Schwingungskörpers vorzusehen.
In einer Weiterbildung sind die Teilbandsignale datenreduziert. Unter einem datenreduzierten Teilbandsignal ist hierbei ein Signal zu verstehen, das aufgrund einer entsprechenden Aufbereitung weniger Daten aufweist, als das ursprüngli- che akustische Signal. Somit kann insbesondere der der Steuereinheit zugeordnete Signalprozessor mit einer noch niedrigeren Prozessorleistung betrieben werden, da weniger Daten verarbeitet werden müssen.
Vorteilhaft handelt es sich bei den Teilbandsignalen um digitale Signale. Diese digitalen Signale können auch aus analogen Signalen über einen Digitalisierungsprozess erzeugt und anschließend in Teilbandsignale zerlegt sein. Auf diese Weise ist eine direkte Verarbeitung von nach gängigen Verfahren er- stellten datenreduzierten und in Teilbandsignale aufgespalteten digitalen Frequenzbandsignalen mittels des digitalen Signalprozessors möglich. Dabei handelt es sich beispielsweise um nach dem MP3-Standard oder nach dem Dolby-AC3-Standard ko- dierte digitale Teilbandsignale. So erfolgt bei der Kodierung nach dem MP3-Standard eine Zerlegung des Frequenzbandsignals in 32 Teilbandsignale. Der MP3-Standard ist in der ISO 11172- 3 spezifiziert. Das Kodierverfahren nach dem Dolby-AC3- Standard dient der Kodierung einer Tonspur in der Filmtechnik. Es ist in einem Whitepaper des Advanced Television Systems Comittee vom 14. Juni 2005 beschrieben. Beide Standards zur Kodierung von Audiosignalen haben sich in den vergangenen Jahren bewährt und ermöglichen eine hohe Datenkompression. Bei beiden Kodierverfahren ist in der Spezifikation enthalten, nach welchem Algorithmus die Aufspaltung des Frequenzbandsignals in Teilbandsignale erfolgt und wie weit sich benachbarte Teilbandsignale überlappen. Weiterhin sind die digitalen kodierten Audiosignale direkt in der Steuereinheit mittels des digitalen Signalprozessors verarbeitbar. Eine aufwändige und kostspielige Vorschaltung eines Analog-Digi- tal-Wandlers vor den digitalen Signalprozessor ist nicht notwendig und nicht vorgesehen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist jedem Schwingungsanreger ein Digital-Analog-Wandler zur Wandlung seines korrespondierenden digitalen Teilbandsignals zugeordnet. Somit ist eine direkte Verarbeitung eines jeden digitalen Teilbandsignals möglich. Eine zusätzliche Aufbereitung des digitalen Teilbandsignals ist somit nicht notwendig. Außerdem ist es möglich, den Digital-Analog-Wandler und seinen korrespondierenden Schwingungsanreger genau auf das vom digitalen Teilbandsignal korrespondierende Frequenzband abzustimmen. Der Schwingungsanreger und der Digital-Analog-Wandler können so- mit einfach ausgeführt sein und/oder ein Klangspektrum einer hohen Qualität generieren.
In einer Weiterbildung ist die Steuereinheit eingerichtet, zu jedem der Teilbandsignale ein Korrektursignal zu generieren. Auf diese Weise ist es möglich, jedes Teilbandsignal an den Frequenzgang des Schwingungskörpers optimal anzupassen. Auch Nichtlinearitäten im Schwingverhalten der Schwingungsanreger sind somit in einfacher Weise kompensierbar. Sind die Teilbandsignale digitale Signale, so ist vorteilhaft, jedem digitalen Teilbandsignal ein digitales Korrektursignal zugeordnet. Auf diese Weise lässt sich jedes digitale Korrektursignal mit seinem korrespondierenden digitalen Teilbandsignal mittels eines separaten digitalen Signalprozessors verrechnen. Da das Teilbandsignal nur einen Teil des Frequenzspektrums repräsentiert, ist eine Verrechnung mit seinem korrespondierenden Korrektursignal viel schneller durchführbar. Außerdem ist ein Korrektursignal für einen be- grenzten Bereich des Frequenzbandes mathematisch bedeutend genauer ermittelbar als für das gesamte Frequenzband. Folglich ist für einen einzelnen digitalen Signalprozessor, der eingerichtet ist, das digitale Korrektursignal mit dem digitalen Teilbandsignal zu verrechnen, eine bedeutend niedrigere digitale Auflösung erforderlich. So ist zwar für jedes Teilband ein derartiger digitaler Signalprozessor notwendig. Jedoch ist eine Mehrzahl derartiger vergleichsweise niedrig auflösender digitaler Signalprozessoren kostengünstiger als einer oder wenige hoch auflösende Signalprozessoren, so dass die Steuereinheit insgesamt kostengünstiger ausführbar ist.
Aufgrund der parallelen Anordnung der digitalen Signalprozessoren für die digitalen Korrektursignale können außerdem je Zeiteinheit mehr Informationen verarbeitet werden, so dass ein die digitalen Signalprozessoren ansteuernder Hauptpro- zessor mit einer niedrigen Rechenleistung ausgestattet sein kann und somit kostengünstig herstellbar ist.
Ein die Steuereinheit beaufschlagendes und in Teilbandsignale zerlegtes Frequenzbandsignal wird mittels einer Kabelverbin- düng oder drahtlos an die Steuereinheit übermittelt. Auf diese Weise ist eine Übermittlung des Frequenzbandsignals an die Einbausituation der akustischen Wiedergabevorrichtung einfach anpassbar .
In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Schwingungsanreger als Piezowandler ausgebildet. Diese Piezowandler werden an dem Schwingungskörper befestigt, beispielsweise mit ihm verklebt. Jeder Piezowandler wird mit einem analogen Signal beaufschlagt. Dadurch verändert er in sehr kurzen Zeitabständen sein Volumen. Aufgrund der Ankopplung des Piezowand- lers an den Schwingungskörper wird dieser in Schwingungen versetzt. Da sämtliche Piezowandler gleichzeitig angesteuert werden, überlagern sich die auf den Schwingungskörper übertragenen Schwingungen. Diese Schwingungen werden als Klangspektrum vom Schwingungskörper abgestrahlt. Über die Eigenschaften der einzelnen Piezowandler, insbesondere über deren Größe und deren Werkstoff, lässt sich der wiederzugebende Frequenzbereich vorgeben. Somit kann mittels mehrerer aufeinander abgestimmter Piezowandler, die jeweils auf die Wiedergabe eines Teilbandsignals optimiert sind, das gesamte Frequenzbandsignal wiedergegeben werden. Piezowandler sind einfach und kostengünstig herstellbar. Außerdem lässt sich auf diese Weise eine akustische Wiedergabevorrichtung mit sehr geringen Abmessungen realisieren.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Schwingungskörper der akustischen Wiedergabevorrichtung kartenförmig ausgebil- det. Auf diese Weise ist die akustische Wiedergabevorrichtung beispielsweise auf dem Trägermaterial einer Scheckkarte, auf einer Warenverpackung oder auf einer Chipkarte anbringbar. So können im Falle einer Scheckkarte einem Benutzer über die a- kustische Wiedergabevorrichtung Handlungsanweisungen für ei- nen Abhebungsvorgang mitgeteilt werden. Wird die akustische Wiedergabevorrichtung auf einer Kreditkarte angebracht, so ist einem Benutzer auf diese Weise das Ablaufdatum der Kreditkarte mitteilbar. Bevorzugt ist außerdem, die Ausgabe der akustischen Information an einen als Taster ausgeführten Pie- zowandler gekoppelt, der die elektrische Energie für die a- kustische Wiedergabe für einen vorgegebenen Zeitraum liefert und mit dem der Benutzer die akustische Wiedergabe selbst auslösen kann.
In einer anderen Variante ist der Schwingungskörper aus einem Textilgewebe gefertigt. So lässt sich die akustische Wiedergabevorrichtung beispielsweise auf einem Kleidungsstück anbringen. Auf diese Weise kann die akustische Wiedergabevor- richtung, beispielsweise ein MP3-Abspielgerät, direkt in das Kleidungsstück, beispielsweise eine Jacke, integriert werden. Aufgrund der vergleichsweise starken Dämpfungseigenschaften des Textilgewebes bietet sich eine Anordnung der akustischen Wiedergabevorrichtung im Kragenbereich der Jacke an, um eine Wiedergabe mit hinreichender Lautstärke zu erreichen.
Grundsätzlich lassen sich sämtliche Körper mit einer flächenartigen Ausdehnung für die akustische Widergabevorrichtung als Schwingungskörper nutzen, soweit sie sich hinreichend zu Schwingungen anregen lassen. Denkbar ist es außerdem, eine auf einem kartenförmigen Schwingungskörper angeordnete akustische Wiedergabevorrichtung gemeinsam mit dieser Karte an einem größeren Objekt zu applizieren. Wird der kartenförmige Schwingungskörper an dem anderen Objekt derart befestigt, dass er von diesem anderen Objekt schwingungsmäßig zumindest teilweise entkoppelt ist, lassen sich die akustischen Wiedergabeeigenschaften der akustischen Wiedergabevorrichtung weitgehend vorgeben.
In einer anderen Variante ist die akustische Wiedergabevorrichtung als medizinisches Hörgerät ausgebildet. Dazu wird der Schwingungskörper beispielsweise direkt an einem Schädelknochen oder in der Nähe eines Schädelknochens appliziert, um diesen in Schwingungen zu versetzen. Auf diese Weise lässt sich das Innenohr einer Person anregen. Ein Umweg über die Stimulation der Gehörknöchelchen, wie er bei konventionellen Hörgeräten statt findet, ist nicht notwendig. Auch einer Person, deren Gehörknöchelchen irreversibel geschädigt sind, kann somit wieder zu einem Hörempfinden verholfen werden.
Die akustische Wiedergabevorrichtung ist beispielsweise auf einem Folienträger aufgebracht, der mittels eines operativen Eingriffs an einem Schädelknochen appliziert, insbesondere verklebt, wird. In einer anderen Variante wird der Schädelknochen mittels einer externen Vorrichtung zum Schwingen angeregt. Diese externe Vorrichtung ist beispielsweise in einen Brillenbügel integrierbar, der hinter dem Ohr am Schädel an- liegt und den dortigen Schädelknochen zu Schwingungen anregt. Sie kann aber auch in einem separaten Gehäuse untergebracht sein, das ähnlich eines konventionellen Hörgerätes in Ohrnähe angebracht, beispielsweise hinter dem Ohr eingehängt, ist.
Die hier beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen, die auch in den Unteransprüchen niedergelegt sind, sind zumindest teilweise unabhängig von der speziellen Ausgestaltung des Anspruchs 1 ausführbar und beruhen auf eigenständigen Erfindun- gen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Wiedergabe eines in Teilbänder zerlegten Frequenzsignals mittels einer akustischen Wiedergabevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche. Die im Hinblick auf die Wiedergabevorrichtung angeführten Vorteile und Weiterbildungen lassen sich sinngemäß auch auf das Verfahren übertragen.
Nachfolgend werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
FIG 1 eine erste akustische Wiedergabevorrichtung mit einem beliebig geformten Schwingungskörper, FIG 2 ein Detail aus FIG 1, FIG 3 eine zweite akustische Wiedergabevorrichtung mit einem Schwingungskörper in Ellipsenform, FIG 4 eine dritte akustische Wiedergabevorrichtung mit einem Schwingungskörper aus einem Textilgewebe, FIG 5 eine vierte akustische Wiedergabevorrichtung mit einem kartenförmigen Schwingungskörper.
Gemäß FIG 1 weist eine akustische Wiedergabevorrichtung 2 einen Schwingungskörper 4 auf, an dem mehrere, hier sieben, als Piezowandler ausgeführte Schwingungsanreger 6 befestigt sind. Die gezackte Außenkontur des Schwingungskörpers 4 soll andeuten, dass der Schwingungskörper 4 eine nahezu beliebige Form haben kann. Der Schwingungskörper 4 muss nur schwingfähig ausgebildet sein. Er kann auch Teil eines größeren flächenar- tigen Elements sein. Der Schwingungskörper 4 ist in seinem Anregungsbereich, in dem die einzelnen Schwingungsanreger 6 angeordnet sind, homogen ausgebildet und weist insbesondere über seinen gesamten Anregungsbereich die gleiche Materialzu- sammensetzung oder Schichtstruktur sowie vorzugsweise auch die gleiche Dicke auf. Jedem Schwingungsanreger 6 ist ein a- naloges Kabel 8 zugeordnet. Mittels einer Steuereinheit 10 wird jedes dieser analogen Kabel 8 mit einem analogen akustischen Signal A1-A7 beaufschlagt. Das analoge akustische Sig- nal A1-A7 bewirkt in seinem korrespondierenden Schwingungsanreger 6 Volumenänderungen, die an den Schwingungskörper 4 weitergegeben werden. Die streifenartig ausgebildeten Piezo- wandler weisen eine unterschiedliche Länge auf. Daher übertragen sie unterschiedliche Schwingungen auf den Schwingungs- körper 4. Die Schwingungen der einzelnen Schwingungsanreger 6 addieren sich in dem Schwingungskörper 4, und die überlagerten Schwingungen werden als hörbares Klangspektrum abgegeben.
FIG 2 verdeutlicht, wie die analogen akustischen Signale Al- A7 in der Steuereinheit 10 generiert werden. Ausgangspunkt ist ein digitales Frequenzbandsignal F, das bereits in Teilbändern T1-T7 kodiert ist. Die Kodierung des Frequenzbandsignals F in sieben Teilbandsignale T1-T7 soll die Vorgehensweise lediglich schematisch verdeutlichen. Beispielsweise ist ein digitales MP3-Signal ein Frequenzbandsignal F, das in zweiunddreißig Teilbandsignale zerlegt ist.
Das Frequenzbandsignal F wird von einem Hauptprozessor 12 verarbeitet. Von diesem wird es in seine sieben Teilbandsig- nale T1-T7 zerlegt. Unter einer Zerlegung ist hier lediglich eine Aufteilung des digitalen Frequenzbandsignals F in seine Teilbandsignale zu verstehen, nicht etwa eine zusätzliche Umrechnung. Jedes der Teilbandsignale T1-T7 wird an einen Signalprozessor 14 übergeben. In jedem der sieben Signalprozes- soren 14 ist ein Korrektursignal K1-K7 hinterlegt. Jedes Korrektursignal K1-K7 wird mit seinem korrespondierenden Teilbandsignal T1-T7 verrechnet. Jedes der korrigierten Teilbandsignale Tl (Kl) -T7 (K7) wird mittels eines Digital-Analog- Wandlers in ein akustisches analoges Signal A1-A7 umgewandelt. Diese akustischen analogen Signale A1-A7 werden anschließend über Ausgänge 18 an die analogen Kabel 8 übergeben und steuern die einzelnen Schwingungsanreger 6 an.
Aus FIG 1 ist ersichtlich, dass die einzelnen Piezowandler 6 eine unterschiedliche Länge bei gleicher Breite und somit ein unterschiedliches Spektrum von Eigenfrequenzen aufweisen. Auf diese Weise können Schwingungen einer unterschiedlichen Fre- quenz an den schwingfähigen Schwingungskörper 4 übergeben werden. Die Korrektursignale K1-K7 sind derart ausgestaltet, dass sie Nichtlinearitäten im Schwingverhalten des Schwingungskörpers 4 und des korrespondierenden Schwingungsanregers 6 ausgleichen. Jedes Teilbandsignal T1-T7 repräsentiert nur einen vergleichsweise kleinen Bereich des gesamten Frequenzbandes. Dies gilt ebenso für das korrespondierende akustische analoge Signal. Daher muss das korrespondierende Korrektursignal K1-K7 das korrespondierende Teilbandsignal T1-T7 nur bezüglich von Nichtlinearitäten im Schwingungsverhalten des Schwingungskörper 4 und des korrespondierenden Schwingungsanregers 6 für das übertragene Teilband korrigieren. Somit können sowohl die Signalprozessoren 14 als auch die Digi- tal-Analog-Wandler 16 mit einer vergleichsweise niedrigen digitalen Auflösung, beispielsweise mit einer Auflösung von 12 Bit, ausgeführt sein. Dies reduziert die Kosten gegenüber der Bereitstellung eines einzigen Signalprozessors und eines einzigen Digital-Analog-Wandlers mit einer hohen digitalen Auflösung, beispielsweise mit 24 Bit. Da die Signalprozessoren 14 und die Digital-Analog-Wandler 16 zudem parallel ar- beiten, können pro Zeiteinheit mehr Informationen verarbeitet werden. Daher kann der Hauptprozessor 12 mit einer niedrigeren Leistung, insbesondere mit einer niedrigeren Taktfrequenz, ausgeführt sein. Auch dies reduziert die Kosten für die Steuereinheit 10.
Soll mit dem in FIG 1 gezeigten akustischen Wiedergabegerät 2 ein als MP3-Signal in 32 Teilbandsignalen kodiertes Frequenzbandsignal wiedergegeben werden, so werden die 32 Teilband- Signale in sieben Gruppen von von der Frequenz her zusammenhängenden Teilbandsignalen T1-T7 zusammengefasst . Mit einer jeden Gruppe von Teilbandsignalen T1-T7 wird einer der sieben Schwingungsanreger 6 zu Schwingungen angeregt. Auf diese Wei- se ist nicht für jedes Teilbandsignal des MP3-Signals ein separater Schwingungsanreger 6 notwendig. Die Teilbandsignale lassen sich hierbei immer so gruppieren, dass jeder Schwingungsanreger 6 mit einem Teilbandsignal T1-T7 beaufschlagt wird. Weist das Frequenzbandsignal weniger als sieben Teil- bandsignale auf, können auch mehrere Schwingungsanreger 6 mit dem gleichen Teilbandsignal beaufschlagt werden. Die Gruppierung und / oder Zusammenfassung der Teilbandsignale des Frequenzbandes F auf in diesem Beispiel sieben Teilbandsignale T1-T7 ist mittels eines einfachen, im Hauptprozessor 12 hin- terlegten Algorithmus in einfacher Weise umsetzbar.
Gemäß FIG 3 weist eine zweite akustische Wiedergabevorrichtung 2 einen ellipsenförmige Schwingungskörper 4 auf. Auf diesem Schwingungskörper 4 sind sieben Schwingungsanreger 6 nach Art eines Fächers angeordnet. Jeder der Schwingungsanreger 6 wird wiederum mittels eines analogen Kabels 8 von einer Steuereinheit 10 angesteuert und mit einem akustischen analogen Signal A1-A7 beaufschlagt. In der FIG 2 sind der besseren Übersicht halber lediglich zwei analoge Kabel 8 ein- gezeichnet. Durch eine geschickte Verteilung der Schwingungsanreger 6 auf dem Schwingungskörper 4 lässt sich eine optimale Anregung des Schwingungskörpers 4 erreichen. So ist eine gute Wiedergabe des wiederzugebenden Klangspektrums erreicht.
Gemäß FIG 4 weist eine dritte akustische Wiedergabevorrichtung 2 einen Schwingungskörper 4 aus einem Textilgewebe auf. Dabei handelt es sich um den Ausschnitt eines Kleidungsstückes. Da sich das Textilgewebe der Körperform eines Trägers anpasst, ist der Schwingungskörper 4 gekrümmt dargestellt. Auch hier sind sieben Schwingungsanreger 6 vorgesehen, die jeweils mittels eines analogen Kabels 8 von einer Steuereinheit 10 mit einem akustischen analogen Signal A1-A7 beaufschlagt werden. Auf diese Weise lässt sich die als MP3-Ab- spielgerät ausgeführte Akustische Wiedergabevorrichtung 2 direkt in das Kleidungsstück integrieren. Die Schwingungen der Piezowandler 6 und des umgebenden Textilgewebes 4 reichen aus, um ein hörbares Klangspektrum zu generieren. Dabei wird lediglich der direkt an die Piezowandler 6 angrenzende Bereich des Textilgewebes 4 zu Schwingungen angeregt. Eine derartige akustische Wiedergabevorrichtung 2 lässt sich beispielsweise in einem Kragen eines als Jacke ausgeführten Kleidungsstückes integrieren. Auf diese Weise ist eine nahe Positionierung an den Ohren des Trägers der Jacke gewährleistet.
Die in FIG 5 gezeigte Wiedergabevorrichtung 2 weist einen kartenförmigen Schwingungskörper 4 auf. Es handelt sich hier um eine Scheckkarte, deren Chip aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Auf dem Schwingungskörper 4 sind verschiedene kreisförmige Piezoelemente 6 angeordnet. Jedes dieser Piezoelemente 6 wird mittels eines analogen Kabels 8 von einer Steuereinheit 10 angesteuert. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Steuereinheit 10 von dem Schwingungskörper 4 losgelöst dargestellt. Außerdem sind nur zwei analoge Kabel 8 eingezeichnet. Auf diese Weise lässt sich eine Scheckkarte herstellen, die an einen Benutzer während eines Abhebevorgangs von einem Bankkonto akustische In- formationen übermittelt. Dies kann beispielsweise der gesprochene Hinweis sein, dass bei einem Abhebevorgang dreimal hintereinander eine falsche PIN eingegeben wurde und die Scheckkarte momentan für weitere Abhebungsversuche nicht einsatzfähig ist.
Eine auf einem kartenförmigen Schwingungskörper 4 angeordnete akustische Wiedergabevorrichtung 2 lässt sich auch für eine Warenverpackung oder eine Chipkarte verwenden. In allen Fällen werden so gesprochene Informationen oder Musik wiederge- geben. Dies erfolgt entweder permanent oder aber getriggert über einen eingebauten Schalter, beispielsweise über einen Piezotaster . Der Piezotaster kann dabei zugleich derart ausgelegt sein, dass er die für die Wiedergabe des Klangspektrums notwendige elektrische Energie zur Verfügung stellt. In diesem Fall kann ein Energielieferant, wie eine Batterie oder eine Solarzelle, eingespart werden.

Claims

Patentansprüche
1. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) mit einzeln an einen Schwingungskörper (4) angekoppelten und mittels einer Steuer- einheit (10) ansteuerbaren Schwingungsanregern (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, eine Gruppierung eines in Teilbandsignalen (Tl- T7,A1-A7) zerlegten Frequenzbandsignals (F) der Teilbandsignale (A1-A7, T1-T7) durchzuführen und jeden Schwingungsanreger (6) mit einer Gruppe von Teilbandsignalen (T1-T7, A1-A7) anzusteuern.
2. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbandsignale (T1-T7,A1- A7) datenreduziert sind.
3. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbandsignale (Tl- T7) digitale Signale sind.
4. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schwingungsanreger (6) ein Digital-Analog-Wandler (16) zur Wandlung seines korrespondierenden digitalen Teilbandsignals (T1-T7) zugeordnet ist.
5. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) eingerichtet ist, zu jedem der Teilbandsignale
(T1-T7, A1-A7) ein Korrektursignal zu generieren.
6. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach Anspruch 3 und 5, gekennzeichnet durch ein digitales Korrektursignal (K1-K7) für jeden Schwingungsanreger (6) zur Korrektur des digitalen Teilbandsignals (T1-T7) .
7. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Schwingungsanreger (6) als Piezowandler .
8. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen kartenförmigen Schwingungskörper (4).
9. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der An- sprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Schwingungskörper (4) aus einem Textilgewebe.
10. Akustische Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als medi- zinisches Hörgerät ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Wiedergabe eines in Teilbandsignale (T1-T7) zerlegten Frequenzsignals (F) mittels einer akustischen Wiedergabevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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