WO2015044000A1 - Vorrichtung und verfahren zur überlagerung eines schallsignals - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überlagerung eines schallsignals Download PDF

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WO2015044000A1
WO2015044000A1 PCT/EP2014/069635 EP2014069635W WO2015044000A1 WO 2015044000 A1 WO2015044000 A1 WO 2015044000A1 EP 2014069635 W EP2014069635 W EP 2014069635W WO 2015044000 A1 WO2015044000 A1 WO 2015044000A1
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sound
useful signal
environment
useful
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PCT/EP2014/069635
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Dirk OETTING
Jens E. APPELL
Thomas Sporer
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a device for superposing a sound signal with a Nutzsignai. Further exemplary embodiments relate to a method for superimposing a sound signal with a useful signal.
  • Hearing aids try to emphasize the speaker by using directional microphones, in which they dampen the background noise. Due to the small number of microphones (2 - 3) on the hearing aid and the small distance (2 - 3 cm), this directivity is often not sufficient. It must also be ensured that the current speaker position is correctly estimated so that the directional microphone can work effectively. With multiple interviewees in background noise environments, the speaker position can often be estimated very inaccurately.
  • the sound of the hearing aid is reproduced by a loudspeaker directly on or in the ear of the user. However, as the ambient signal is often already loud, further amplification often does not increase the Sens, etc.
  • the amplified signal for the speaker and the other participants in the conversation will be heard in addition, which can cause irritation, since one then perceives one's own voice when speaking.
  • a system which uses a mobile phone with an external directional microphone and earphones to gain additional useful sound for direct sound in difficult communication situations and thus an improvement in the signal-to-noise ratio between speech level and noise level.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a concept that allows an increase in a signal-to-noise ratio between the sound level of a useful signal and sound level of a noise, thereby making the wearing of hearing aids for the user superfluous.
  • Embodiments of the present invention provide a device having a payload detector and a sound transmitter.
  • the useful signal detector is designed to generate a useful signal from a circuit signal from an environment of the device to extract and separate from an interfering signal in the sound signal.
  • the sound transmitter is designed to reproduce the useful signal directed and superimposed on the sound signal. Furthermore, a method is provided. The method comprises:
  • a computer program with a program code for execution according to the method described above is provided when the computer program runs on a computer or processor.
  • the present invention utilizes the effect that in a plurality of sound sources with technical means, a single sound source can be extracted and these can be separated from the other sound sources, which represent an interference signal.
  • a sound source of the useful signal can be positioned in a certain direction relative to the device, wherein an acoustic alignment of the Nutzsignalerankers can be done on this sound source.
  • the sound transmitter can give the useful signal in a limited range again.
  • the useful signal is only delivered to a person who is located in this area.
  • For the person in the area creates a greater signal-to-noise ratio between the useful signal and the interference signal, without having to carry a sound or the useful signal reproducing aids, such as a hearing aid or headphones.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a device with a Nutzsignaleranker and a Schallwiedergeber; a further schematic representation of an exemplary embodiment of the device 10 with a sound recorder, a signal processor and the Schallwiedergeber; 3 shows a schematic representation of a communication situation for using the device 10;
  • Fig. 4 shows an embodiment of the device 10 with a housing.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device 10 with a Nutzsignaleranker 12 and a Schallwiedergeber 14.
  • the Nutzsignaleranker 12 is designed to extract from a sound signal 16 in an environment 18 of the device 10, a useful signal 20 and the extracted useful signal 20a of a Interference signal 22 in the sound signal 16 to separate.
  • the sound transmitter 14 is designed to reproduce the useful signal 20 in the form of a directional useful signal 20b and to superimpose it on the sound signal 16.
  • the useful signal detector 12 includes, for example, a microphone with which the sound signal 16 is converted into an electrical signal.
  • the microphone may be a directional microphone which, by suitable geometry, increases the directivity of the microphone, i. the sound signal 16 is preferably detected from a certain spatial direction, while the microphone is less sensitive to other spatial directions. Increased directivity may increase the accuracy of the direction estimate with respect to a sound source 24.
  • the device 10 may comprise a number of portable microphones which are placed, for example, in the vicinity of a sound source 24 or infected by the persons, for example, on a garment or, for example, in the hand, around the neck or the head worn.
  • the device 10 may be configured to interpret the sound recorded by a first subset of one or more of the portable microphones as primarily useful signal 20 while it is being used classifies a second disjoint set of one or more of the microphones as a jamming signal 22.
  • the useful signal detector 12 may also have a microphone array.
  • a microphone array consists of several microphones in a specific relative position to each other. With a microphone array, runtime differences of the arrival of sound 26 at the respective microphones can be utilized in order to obtain a directional selectivity.
  • a sound source 24 can be located, or the recorded sound signals 16 of the individual microphones can be suitably combined into a detected sound signal 16a, to which sound 26 from a particular direction of the device environment 18 contributes more than sound 26 from other directions.
  • space selectivity for sound 26 could also be achieved from a particular two-dimensionally-limited region of environment 18 of device 10 in a near field of the array.
  • the payload signal 20 is, for example, a signal which comprises the information which is to be output to a user 36.
  • the useful signal 20 is referred to as extracted useful signal 20a and may be an electrical signal.
  • the useful signal 20 is referred to as a directional useful signal 20b and may be an acoustic signal, which is transmitted as a pressure difference in an elastic medium such as air.
  • the information content of the useful signal 20 is largely identical for the extracted useful signal 20a and the directional useful signal 20b.
  • the sound signal 6 is composed of the useful signal 20 and the noise signal 22 together.
  • the useful signal 20 and the interference signal 22 can already be separated during the detection of the sound signal 16, e.g. by a directional microphone or by an array of microphones with a suitable, directionally selective combination of the microphone signals. Further possibilities for separating the useful signal 20 from the interference signal 22 will be explained later with reference to FIG. 2.
  • the environment 18 of the device 10 includes the space surrounding the device 10.
  • the environment 18 may be limited by the part of the surrounding space, which allows a meaningful reception of a sound signal 16.
  • the environment 18 may designate an actual space, or a virtual space, and the Environment 18 may be defined relative to device 10, eg, not taking into account actual objects in environment 18.
  • the shawth transmitter 14 may comprise a loudspeaker with a directional sound reproduction characteristic.
  • the directional sound reproduction characteristic i. the fozussierende effect of the speaker, can be achieved by a suitable geometry of the speaker or the device 10. It may be sufficient to use a single speaker. It may be useful to remove low frequencies from the signal (sound signal 16), since the directivity for high frequencies is more pronounced. It is also possible to reproduce the directional useful signal 20a through an ultrasonic speaker or a loudspeaker array. The use of a loudspeaker array, on the loudspeaker of which the extracted useful signal to be superimposed on the sound signal is output by means of beamforming or beamforming processing, is also possible.
  • a loudspeaker In the sound reproduction by means of ultrasonic loudspeakers, a loudspeaker is set up from several ultrasonic radiators. By means of such ultrasonic emitters audio sound can be emitted in a frequency range in which the audio sound itself can no longer be perceived by the human ear. Non-linear effects in the air generate audible sound at high sound pressure and the superposition of two ultrasonic waves.
  • the high frequency of the ultrasound in comparison to conventional audio signals causes the radiation of the sound to be highly spatially directed because of its small wavelength and the comparatively large transducer dimensions of the ultrasound radiator.
  • the frequency dependence of the directional characteristic of conventional loudspeaker spherical radiators at low frequencies, directional radiators at high frequency occur in an ultrasonic speaker hardly on.
  • the ultrasonic loudspeakers have a suitable frequency response (approx. 0.8-8kHz) for the application.
  • the size of the speakers must be dimensioned so that the required sound pressure level can also be achieved.
  • the radiation behavior is isophoric in the vertical plane, ie all frequencies to be transmitted are directed in phase in one direction only. If several sound elements are grouped on top of each other, the result is a coherent wavefront in the vertical, which has almost no interference, since each point in the room is sonicated by only one loudspeaker per (stereo) side.
  • the environment of the device 10 may be divided into two areas.
  • the useful signal detector 12 can be designed such that portions of the sound signal 16 from a first region 28 of the environment 18 of the device 10 contribute more to the useful signal 20 than portions of the sound signal 16 from a second region 30 of the environment 18 of the device 10.
  • this is realized for example by a directional microphone or by an array of microphones with a suitable, directionally active combination of the microphone signals.
  • the detection is directional or room-selective and the distribution of the environment 18 of the device 10 is virtual, ie represents a type of specification according to which it can be determined where a sound source 24 contributes to the sound signal 16, so that its sound output can be attributed to the useful signal 20.
  • FIG. 2 shows the device 10 by way of example several sound sources 24 0 to 24 n which contribute to the sound signal 16 and which are located in the environment 18 of the device 10, n being a natural number greater than or equal to zero, n> 0.
  • the sound sources 24 0 to 24 n can each emit a sound 26 or not send out.
  • the sound sources 24 0 to 24 n can be designed differently.
  • the sound source 24 0 to 24 n may be a person speaking or singing in the vicinity of the device 10, ie a person who contributes an active acoustic contribution.
  • FIG. 2 could depict a typical communication situation with multiple participants 24.
  • Each of the sound sources 24 0 through 24 n could also be a speaker that reproduces sound 26 that was recorded and stored at a remote location and / or at an earlier time.
  • the sound sources 24 may deliver the sound 26 directed or undirected. At least a portion of the sound 26 may be detected by the Nutzsignaleranker 12 as a sound signal 16.
  • the environment 18 in regions 28 and 30 may be determined by a specific choice of the combination of the microphone signals of a microphone array of the useful signal detector 12 or by the directional characteristic of the microphone of the same.
  • the two regions 28 and 30 can also be virtually determined or predefined, and the useful signal 20 is detected by the useful signal detector 12 from an initially undirected sound signal 16, by first determining from the sound signal 16 that sound source 24 which belongs to the sound source 16 current time to the sound signal 16.
  • the NutzsignalerLKer 12 is set so that each sound source 24 is associated with a portable microphone and turn each sound source 24 either the Area 28 or area 30, quasi as a predetermined seating order in a communication,
  • the first region 28 of the environment 18 of the device 10 there are sound sources 24 whose sound 26 is to be output as a useful signal 20.
  • sound sources 24 whose sound 26 is to be output as a useful signal 20.
  • An acoustic contribution of a person who is located in the first region 28 of the environment 18 of the device 10 can be reproduced as a useful signal 20.
  • An acoustic contribution of a person who is located in the second area 30 of the environment 18 of the device 10 is preferably not output as a useful signal 20.
  • the user 36 of the device 10 itself may be located, which would only be disturbed by the amplification of his own speech.
  • the user 36 of the device 10 is a person who can use the useful signal 20 superimposed on the sound signal 16 in order to better understand the acoustic contribution.
  • the sound transducer 14 may be configured to reproduce the useful signal 20 in a preferred reproducing direction 38, and the sound reproducer 14 may be configured to reproduce the useful signal 20 directed in the preferred reproducing direction 38.
  • the device 10 may be configured so that the preferred reproduction direction 38 is user-adjustable. By the preferred reproduction direction 38, the useful signal 20 is reproduced in a predetermined direction.
  • the sounder 14 may include one or more speakers previously described.
  • the Nutzsigna! 20 may, for example, by a speaker, which has a directional sound reproduction characteristics are met again or only speakers are activated, which have in the preferred reproduction area 38.
  • a user 36 of the device 10 can direct the preferential reproduction direction 38 in order to hear the useful signal 20 superimposed on the sound signal 16.
  • loudspeakers are installed or if an adjustable loudspeaker is used, more than one person can be supplied with additional sound energy (useful signal 20). Thus, several rere users 36, which are in the preferred reproduction direction 38, are reproduced a directional useful signal 20.
  • the preferred reproduction direction may point into the second region 30 of the environment 18 of the device 10.
  • the first region 28 of the environment 18 of the device 10 and the second region 30 of the environment 18 of the device 10 may be disjoint solid angle regions, i. the two regions 28, 30 of the environment 18 of the device 10 are separated from each other and do not overlap.
  • the second region 30 of the surroundings 18 of the device 10 can be arranged where the preferred reproduction direction 38 points, and the first region 30 can be arranged beyond the preferred reproduction direction 38.
  • an acoustic contribution which the user 36 who is located in the second area 30 of the environment 18 of the device 10, is not output to the user 36. This prevents the user 36 from being irritated by hearing his own voice.
  • the apparatus 10 may include a plurality of preferred reproduction directions 38 in embodiments. This is indicated by the three arrows in FIG.
  • the useful signal detector 12 can be designed to extract a respective useful signal 20 from the sound signal 16 from the environment 18 of the device 10 for each preferred reproducing direction 38 and to separate it from a respective interference signal 22 in the sound signal 16.
  • the sound transmitter 14 can be designed to reproduce the respective extracted useful signal 20 directed into the respective preferred reproduction direction 38 for each preferred reproduction direction 38.
  • the device I O can thus be used by several users 36 at the same time. Where, for example, all users 36 hear all the acoustic contributions, except their own.
  • the useful signal detector 12 may have the following features: a sound detector 32 configured to detect the sound signal 16 in the environment 18 of the device 10, and a signal processor 34 configured to generate the useful signal 20 from the detected sound signal 16a to extract and from the interfering signal 22 in the sound signal 16 to separate.
  • the sound detector 32 may comprise a microphone array or a plurality of portable microphones as previously described for the useful signal detector 12. Further embodiments, such as, for example, directional microphones, desktop microphones or portable microphones, can be used both for the useful signal detector 12 and for the sound detector 32.
  • the sound signal 16 is an acoustic signal which is transmitted by small pressure differences in an elastic medium such as air.
  • the detected sound signal 16a may be an electrical signal.
  • the information content of the sound signal 16 and the detected sound signal 16a is largely identical.
  • the signal processor 34 can separate the useful signal 20 from the interference signal 22 by means of an analog or digital filter.
  • the filter may be a high-low or band-pass filter constructed with an operational amplifier and a capacitance or inductance.
  • the signal processor 34 can also have a computer or a processor on which a program code performs a separation of the useful signal 20 from the interference signal 22.
  • the signal processor 34 may be designed to detect certain frequencies or specific frequency patterns of the sound signal 16 and to assign the useful signal 20 or the interference signal 22.
  • the signal processor 34 can also be designed to allow special possibilities for individualization of the sound.
  • the device 10 can be replaced by a suitable fitting method, e.g. be adjusted to the individual hearing loss of the user 36 in order to optimize the useful signal 10 on the speech intelligibility for the user 36.
  • the signal processor 34 may be configured to determine location information of a sound source 24 contributing to the sound signal 16 and to use the location information to extract the useful signal 20 from the sound signal 16 and to separate it from the noise signal 22.
  • the location information can be obtained, for example, from the signal processor 34 by different signal levels and / or signal propagation times when using a plurality of microphones. In particular, through the use of directional microphones or a microphone array, a location information for a sound source 24 can be determined.
  • the signal processor 34 may be configured to determine based on the location information whether a sound source 24 contributing to the sound signal 16 lies in the first region 28 of the environment 18 of the device 10 or in the second region 30 of the environment 18 of the device 10.
  • the sound 26 of the sound source 24 can be added to the useful signal 20 and if the sound source 24 is in the second region 30, sound 26 of the sound source 24 can not be added to the useful signal 20.
  • the sound sources 24 in the first or second regions 28, 30 of the environment 18 of the device 10 it can be determined, for example, whether the sound 26 is a useful signal 20 or an interference signal 22. Among other things, it can be prevented that the user 36 hears himself speak and is thereby irritated.
  • the signal processor 34 may be configured to detect features of people's voices. In this case, for example, with a computer program a voice can be analyzed and assigned to a person. For example, an algorithm for feature extraction may recognize features of the user's voice 36 to better distinguish it from other conversation participants. By assigning the voice to a person, this person can be assigned to the first or second area 28, 30 of the environment 18 of the device 10. Thus, the device 10 can more precisely extract the useful signal 20a from a detected sound signal 16a, since it is known which sound source 24 contributes which sound 26 to the detected sound signal 16.
  • the signal processor 34 may also be designed to amplify or attenuate at least one frequency range from the useful signal.
  • the detected sound signal 16a is composed of several frequencies. In this case, individual frequency ranges can be classified as useful signal 20 or as interference signal 22. If the frequency range is classified as a useful signal 20, it is amplified by the signal processor 34. If a frequency range is classified as noise 22, it is attenuated.
  • the device 10 may be formed in embodiments in order to preserve a psychoacoustic localization capability for the sound signal 16.
  • the psychoacoustic localization ability describes the possibility of determining from which direction a sound 26 comes or where a sound source 24 lies.
  • the law of the first wavefront which states that two similar signals appear come different directions (eg direct sound and useful signal 20) are located from the direction of incidence, from which the first wavefront arrives.
  • the delay of the second signal (useful signal 20) must not exceed a certain threshold (echo threshold, approximately 50 ms), since in such a case the user perceives two individual signals (eg direct sound and echo).
  • the device should be designed to reproduce the useful signal 20 at the sound transmitter 14 with a delay relative to the sound signal 16, which is less than 50 ms.
  • the device 10 may be designed to output the useful signal 20 at a level that depends on a level of the interference signal 22.
  • An acoustic signal is characterized by the frequency and a signal level.
  • the signal level of an acoustic signal is referred to in the acoustics as volume.
  • the directional useful signal 20a has a higher level than the interference signal 22 at all times.
  • the level of the directional signal is Useful signal 20a depending on the level of the interfering signal 22 or the useful signal 20 is output.
  • the level of the directional useful signal 20a can also be increased and the level of the directional useful signal 20a can be reduced when the level of the interference signal 22 is reduced.
  • the device 10 may be configured to display a first region 28 of the environment 18 of the device 10 and a second region 30 of the environment 18 of the device 10 and / or a preferred reproduction direction 38.
  • the display can be done for example by printing on a housing of the device 10.
  • the device 10 may be designed to indicate from which direction a useful signal 20 or an interference signal 22 is detected or where the preferred reproduction direction 38 lies.
  • Previously mentioned signals 20, 22, regions 28, 30 or 38 directions may also be, for example, by light, preferably with LED's are displayed.
  • the device 10 may indicate by different colors of light where the first and second regions 28, 30 of the environment 18 of the device 10 are located.
  • the first area 28 can be indicated by a green LED or an LED band, and the second area 30 by one or more red LED 's .
  • the display can also be made mechanically, for example in the pointer-specific areas 28, 30 or directions 38 displayed or demarcated relative to the device 10. Further, a display may display the aforementioned signals 20, 22, areas 28, 30 or directions 38.
  • 3 shows a schematic representation of a communication situation for using the device 10. The exemplary situation shows how an embodiment of the device 10 can improve the communication situations.
  • the device 10 is, for example. As a portable device in the middle of the table.
  • the user 36 has set the device 10 so that the useful signal 20b is focused as additional sound on his seat.
  • the directional useful signal 20b reaches as additional presented sound 26 only the user 36th
  • the direction of the current speaker can be estimated (arrow). If the direction outside the second region 30 of the environment 18 of the device I 0 (ie outside the sound range of the user 36), the sound 26 is amplified, since it can be assumed that someone else speaks at the table. If the direction estimate in the first region 28 of the environment 18 of the device I 0, ie in a sound range of the user 36, the sound 26 is not amplified, since it can be assumed that the user 36 speaks himself and are irritated by the perception of his own voice would.
  • the amplified sound 26 is perceived by the directed sound reproduction (focusing) only for the user 36, the other persons (participants in the conversation) do not perceive the directional useful signal 20b (the sound) and are thus not disturbed.
  • the desired additional volume of the directional useful signal 20 b (sound signal) can be set by the user 36. In this case, the volume of the directional useful signal 20b can be adjusted so that it is constantly above the interfering signal 22 (background noise) and is thus clearly perceptible. Silent voices are amplified more than loud voices.
  • the user 36 can locate the speaker (sound source 24) without the additional sound of the directional useful signal 20b interfering. It is exploited that the human exploits the first wavefront for the localization of sound sources 24 (Haas effect, precedence effect) and additional sound energy can be added from another direction without influencing the direction perception.
  • an algorithm may be necessary which analyzes the situation accordingly and processes the payload signal 20 (the signals). The algorithm includes:
  • the recorded sound signal 16 is presented via the loudspeaker of the sound transmitter 14, since it is assumed that this is another interviewee.
  • a noise reduction is performed, so that the signal presented (useful signal 20) as possible only contains the desired speech components.
  • the volume of the directional payload signal 20b may be adjusted to be at the desired level above the background noise interfering signal 22 set by the user 36.
  • the user 36 Only the user 36 hears the amplified signals (the payload signal 20) of the other call participants (sound sources 24) and these are not disturbed by the device 10 in the situation.
  • the user 36 does not hear his own voice over the device because his position is detected and no signal (sound signal 16, useful signal 20) is amplified when he speaks himself.
  • a previously described communication situation may include a plurality of persons who are participants in the communication situation.
  • the participants of the communication situation can be active participants who actively make an acoustic contribution to the communication situation and thus represent a sound source 24, or the participants can be passive participants in the communication situation be soft hear the acoustic contributions.
  • Acoustic contributions may be, for example, speech or singing.
  • the participants can also be both active and passive participants, ie the participants make both an acoustic contribution and listen, with a time delay or simultaneously, an acoustic contribution by another participant.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the device 10 with a housing.
  • the portable device 10 can be placed in the middle of a table 40 in such a way that the directional useful signal 20 b (sound beam) is aligned with the user 36.
  • the device 10 receives the sound signal 16 of all the participants sitting at the table 40 (sound sources 24) via several microphones and amplifies the respective voice as a useful signal 20 to the volume selected by the user 36.
  • the microphones capture the current speaker and the integrated algorithms filter the interference signal 22 (noise) of the environment 18 from the sound signal 16 (signal) out.
  • the volume of the useful signal 20 (the additional sound energy) can adaptively adapt to the environment 18, so that the user 26 always perceives a constant additional, but not too loud, sound presentation of the conversations at the table.
  • an algorithm for feature extraction recognizes features of the user 36's voice to better distinguish it from other participants in the conversation.
  • Embodiments of the device 10 have the advantage that the user 36 does not have to wear a device directly on the body, neither hearing aid nor a headset or a headset. Furthermore, other users (conversation participants) are not disturbed by the directional useful signal 20b (focused sound presentation).
  • Embodiments of the device 10 have the advantage over a hearing aid that the device 10 is only used when it is really needed. Further, the device 10 can be easily operated with a controller. There is no stigma taking place with correspondingly appealing design. Raceman can easily try out how the device 10 has a positive effect on the communication situation. Furthermore, the directional hearing is retained due to the law of the first wave fronts. Listening is comfortable without wearing a device in the ear. The large distance of the microphones and the better positioning of the device (small distance to the sound source 24) in the discussion circle provides a better signal-to-noise ratio for the useful signal 20 as your own ear receives.
  • the device 10 is also suitable for use in front of the television, in which the device 10 (device) is placed, for example.
  • the device 10 is also suitable for normal hearing in many situations.
  • An advantage of the device 10 is the improvement of the speech understanding of a user 36 in acoustically difficult spatial situations in a comfortable manner (no device in the ear), combined with the important effect that the other participants (conversation participants) are not disturbed (directional useful signal 20b, fo kussêt sound presentation), It is a significant advantage over the hearing aid, that you can try the device 10 (device) simply because no earmold is necessary.
  • the user 36 sets himself the proportion of the directional useful signal 20b (additional signal) as desired. Since the direct sound reaches the ear unhindered, the ability to localize the speaker (the sound source 24) remains (precedence effect).
  • Embodiments of the device 10 have the advantage over the use of simple microphones in the vicinity of the payload speaker (eg table microphone on the table in front of the speakers, clip-on microphones on the collar) that the microphones indeed improve the signal-to-noise ratio to the other (disturbing) speakers
  • the microphones indeed improve the signal-to-noise ratio to the other (disturbing) speakers
  • one does not have an acoustic orientation and can only recognize from the mouth movements and the sound of the voice which speaker is currently speaking. This additional task requires a very high concentration and should be avoided.
  • a device 10 (mobile device) using the described embodiments can be transported in a handbag and supports people with a hearing loss in communication, especially with many participants. With this technique, multiple devices 10 (devices) can be used on a table at the same time. At home, the device may e.g. placed on a charging station and, for example, a battery to be charged.
  • Embodiments of the device 10 may additionally include a user interface to set, for example, the desired additional volume on the device 10 (device).
  • the signal processing of the signal processor 34 adapts adaptively to the environment (interference signal 22), so that the user 36 always perceives a constant additional, but not too loud, sound presentation of the useful signal 20.
  • the sound transducer 14 is not fixed in the device 10, but can be individually aligned in the room.
  • the device 10 (system) is aligned with one or more users 36 and does not provide a particular space with the payload signal 20.
  • the exemplary embodiments include devices 10 (devices) which, in addition to the direct sound, present a conditioned signal (useful signal 20) to a specific user 36 without disturbing other conversation participants.
  • the sound presentation is achieved by directional loudspeakers (Schallwiedergeber 14), so that no device must be worn directly on or in the ear (hearing aid, headphones, etc.).
  • the use of the embodiments is intended for situations where the speech is quiet or does not stand out clearly from the background noise. Examples are pub visits with friends, big Christmas dinner with the whole family, big coffee party.
  • the device 10 comprises a plate detector 32 (also called a signal recording unit) a signal processor 34 (also called signal processing unit)) and a sound transducer 14 (also called signal reproduction unit) and is characterized in particular by the fact that in addition to the existing sound in the room , which includes both the useful signal 20 (also called useful sound) and the interference signal 22 (also known as interference sound), a directional useful signal 20b (also called conditioned signal) which is presented via a sound transducer 14 (also called focussing speaker) the audibility of the useful signal 20 or in communication situations to improve the speech signal of the relevant speaker.
  • a plate detector 32 also called a signal recording unit
  • a signal processor 34 also called signal processing unit
  • a sound transducer 14 also called signal reproduction unit
  • one or more ultrasonic speakers are used for sound reproduction.
  • the sound reproduction takes place via a loudspeaker array.
  • the sound reproduction is distributed over WFS (loudspeaker array permanently installed (eg wall) or as a portable array for example for mobile use).
  • WFS wirelessspeaker array permanently installed (eg wall) or as a portable array for example for mobile use.
  • the use of multiple microphones provides the opportunity to use a directivity to one or more positions.
  • the use of a plurality of microphones and corresponding signal processing algorithms automatically aligns the sound detector 32 (signal recording unit) with the relevant call partner (directional microphone, beamforming).
  • the sound detector 32 (signal receiving unit) is positioned closer to the mouth.
  • the microphones may be cordless or corded connected to the device 10 (device).
  • the device 10 recognizes when the user 36 speaks for himself and presents in this situation no additional useful signal 20 (useful sound).
  • the device 10 obtains the psychoacoustic localization capability by suitable signal processing. At the same time, the precedence effect / Haas effect is retained.
  • the device 10 offers the possibility of presenting the useful signal 20 at a constant level above the interference signal 22 (ambient noise).
  • the device 10 offers the possibility of presenting only a limited frequency range of the useful signal 20.
  • the device 10 allows for special possibilities for individualizing the sound.
  • the device 10 (device) is replaced by a suitable fitting method, e.g. adjusted to individual hearing loss to optimize speech intelligibility.
  • no microphone is used for sound detection (signal recording) but the audio signal is transmitted directly to the device 10 (wireless or wired).
  • the additionally required strength of the support is automatically adapted to the environment 18 (-> online determination of speech intelligibility and automated control of the support).
  • the direction of the currently recognized as payload speaker on a display can be continuously displayed on a display.
  • the device 10 is portable and can be powered by an integrated power supply.
  • the device 10 is extended to more than one user 36 (person) (multiple signal processors 34, same sounder 32 (microphone) / sounder 14 (speakers) and other hardware).
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step , Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory which stores electronically readable control signals which are compatible with a programmable computer system. act together or work together that the respective process is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data medium (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for performing one of the methods described herein.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment according to the invention comprises a device or system adapted to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be done for example electronically or optically.
  • the receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.

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Abstract

Eine Vorrichtung (10), umfassend, einen Nutzsignalerfasser (12) und einen Schallwiedergeber (14). Der Nutzsignalerfasser (12) ist ausgebildet, um aus einem Schallsignal (16) in einer Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein Nutzsignal (20a) zu extrahieren und von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen. Der Schallwiedergeber (14), ist ausgebildet, das Nutzsignal (20b) gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal (16) zu überlagern.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überlagerung eines Schallsignals
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Überlagerung eines Schallsignals mit einem Nutzsignai. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Überlagern eines Schallsignals mit einem Nutzsignal.
In einer Umgebung mit Störgeräuschen ist Sprache schwieriger zu verstehen. Häufig liegt ein Sprachpegel unterhalb eines Lärmpegels, und um einer Unterhaltung folgen zu können, muss man sich stark auf das Gespräch konzentrieren. Schwerhörende (mit und ohne Hörgerät) haben größere Schwierigkeiten als Normalhörende in einer solchen Umgebung dem Gespräch zu folgen, da sie ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis benötigen, um den gleichen Anteil der Sprache verstehen zu können. Selbst bei geringen Hörverlusten, bei dem häufig noch kein Hörgerät getragen wird, werden Situationen mit Hintergrundlärm als sehr schwierig bewertet. Um die Situation zu verbessern, sollte der Person ein zusätzlicher Nutzschall angeboten werden, welcher das Signal-Rausch-Verhältnis zwischen Sprachpegel und Lärmpegel verbessert und so die Sprache wieder besser verständlich macht. Insbesondere ist dies für folgende Anwendungsbereiche sinnvoll:
• in lauten Umgebungen (z.B. Kneipenbesuch)
• Gespräche im Störgeräusch (z.B. Baustellenlärm)
· Gespräche mit vielen Teilnehmern (z.B. Team- Besprechungsrunde, Familienfeiern)
Hörgeräte versuchen durch den Einsatz von Richtmikrofonen den Sprecher hervorzuheben, in dem sie die Nebengeräusche dämpfen. Durch die geringe Anzahl der Mikrophone (2 - 3) am Hörgerät und den geringen Abstand (2 - 3 cm) ist diese Richtwirkung häufig jedoch nicht ausreichend. Auch muss gewährleistet sein, dass die aktuelle Sprecherposition korrekt geschätzt wird, damit das Richtmikrofon effektiv arbeiten kann. Bei mehreren Gesprächspartnern in Umgebungen mit Hintergrundlärm kann die Sprecherposition oft nur sehr ungenau geschätzt werden. Der Schall des Hörgeräts wird durch einen Lautsprecher direkt am bzw. im Ohr des Benutzers wiedergegeben. Da das Umgebungssignal oft aber bereits laut ist, führt eine weitere Verstärkung häufig nicht zu einer Steigerung der Sprachverständlichkeii. Eine Dämpfung des Umgebungssignals ist bei einer offenen Versorgung nicht möglich.
Bei dem Einsatz eines normalen Lautsprechers, ist das verstärkte Signal für den Spre- chenden und die anderen Gesprächsteilnehmer zusätzlich zu hören, was zu Irritationen führen kann, da man dann seine eigene Stimme beim Sprechen wahrnimmt.
Der Einsatz eines Kopfhörers, um dem Gespräch zu folgen, wirkt für die anderen Gesprächsteilnehmer ungewohnt und bietet meist nur einen zeitlich begrenzten Tragekom- fort für den Benutzer.
Von SVOX ist ein In-Car Communication System im Auto bekannt, dass mit ähnlichen Ansätzen eine deutliche Verbesserung der Sprachverständlichkeit ermöglichen. Dabei wird für alle Mitfahrer vorne und hinten dieselbe Sprachanhebung angewendet. Das an- steuern eines einzelnen Sitzplatzes ist nicht möglich.
Ein weiteres Produkt ist das Dynamic SoundField System von Phonak. Dieses System kann in Klassenräumen eingesetzt werden, um die Stimme der Lehrerin zu verstärken, und so die Sprachverständlichkeit für die Schüler zu erhöhen.
Femer ist ein System bekannt, welches ein Mobiltelefon mit einem externen Richtmikrofon und Ohrhörern benutzt, um in schwierigen Kommunikationssituationen einen zusätzlich Nutzschall zum Direktschall und damit eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnis zwischen Sprachpegel und Lärmpegel zu erlangen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, dass eine Erhöhung eines Signal-Rausch-Verhältnisses zwischen Schallpegel eines Nutzsignals und Schallpegel eines Störsignals ermöglicht, und dabei das Tragen von Hörhilfen für den Benutzer überflüssig macht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren gemäß Anspruch 22 und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 23.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung, die einen Nutzsignalerfasser und einen Schallwiedergeber aufweist. Der Nutzsignalerfasser ist ausgebildet, um aus einem Schalisignai aus einer Umgebung der Vorrichtung ein Nutzsignal zu extrahieren und von einem Störsignal in dem Schallsignal zu trennen. Der Schallwiedergeber ist ausgebildet, das Nutzsignal gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal zu überlagern. Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:
- Extrahieren des Nutzsignals aus einem Schallsignal aus einer Umgebung.
- Trennen des Nutzsignals von einem Störsignal in dem Schallsignal.
- Gerichtete Wiedergabe des Nutzsignals. Und:
- Überlagerung des Schallsignals durch das Nutzsignal.
Femer wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft. Die vorliegende Erfindung nutzt den Effekt, dass bei einer Mehrzahl von Schallquellen mit technischen Mitteln eine einzelne Schallquelle extrahiert werden kann und diese von den weiteren Schallquellen, welche ein Störsignal darstellen, getrennt werden kann.
Dabei kann eine Schallquelle des Nutzsignals in einer bestimmten Richtung gegenüber der Vorrichtung positioniert sein, wobei eine akustische Ausrichtung des Nutzsignalerfassers auf diese Schallquelle erfolgen kann.
Der Schallwiedergeber kann das Nutzsignal in einem begrenzten Bereich gerichtet wieder geben. Dadurch wird das Nutzsignal nur an eine Person abgegeben, welche sich in die- sem Bereich befindet. Für die Person in dem Bereich entsteht ein größeres Signal- Rausch-Verhältnis zwischen Nutzsignal und dem Störsignal, ohne dass sie ein den Schall oder das Nutzsignal wiedergebendes Hilfsmittel, wie zum Beispiels ein Hörgerät oder Kopfhörer, tragen müsste. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Nutzsignalerfasser und einem Schallwiedergeber; eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiei der Vorrichtung 10 mit einem Schallerfasser, einem Signalverarbeiter und dem Schallwiedergeber; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kommunikationssituation zur Verwendung der Vorrichtung 10;
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit einem Gehäuse. in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar sind. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 mit einem Nutzsignalerfasser 12 und einem Schallwiedergeber 14. Der Nutzsignalerfasser 12 ist ausgebildet um aus einem Schallsignal 16 in einer Umgebung 18 der Vorrichtung 10 ein Nutzsignal 20 zu extrahieren und das extrahierte Nutzsignal 20a von einem Störsignal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallwiedergeber 14 ist aus- gebildet, das Nutzsignal 20 gerichtet als gerichtetes Nutzsignal 20b wiederzugeben und dem Schallsignal 16 zu überlagern.
Der Nutzsignalerfasser 12 umfasst bspw. ein Mikrophon, mit welchem das Schallsignal 16 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Mikro- phon um ein Richtmikrophon handeln, welches durch eine geeignete Geometrie die Richtwirkung des Mikrophons erhöht, d.h. das Schallsignal 16 wird bevorzugt aus einer bestimmten Raumrichtung erfasst, während das Mikrophon für andere Raumrichtungen weniger empfindlich ist. Eine erhöhte Richtwirkung kann die Genauigkeit der Richtungsschätzung bezüglich einer Schallquelle 24 erhöhen.
Ferner kann die Vorrichtung 10 eine Anzahl von tragbaren Mikrophonen aufweisen, welche beispielsweise in der Nähe einer Schallquelle 24 aufgestellt oder von den Personen bspw. an einem Kleidungsstück angesteckt oder bspw. in der Hand, um den Hals oder den Kopf, getragen werden. Die Vorrichtung 10 kann so eingestellt sein, dass sie den durch eine erste Teilmenge von einem oder mehreren der tragbaren Mikrophone aufgezeichneten Schall als vornehmlich Nutzsignal 20 beinhaltend interpretiert, während sie eine zweite, zu der ersten disjunkten Menge von einem oder mehreren der Mikrophone als Störsignal 22 einstuft.
Der Nutzsignalerfasser 12 kann auch ein Mikrophonarray aufweisen. Ein Mikrophonarray besteht aus mehreren Mikrophonen in einer bestimmten relativen Lage zueinander. Bei einem Mikrophonarray können Laufzeitunterschiede des Eintreffens von Schall 26 an den jeweiligen Mikrophonen verwertet werden, um eine Richtungsselektivität zu erhalten. Durch Auswertung der Laufzeitunterschiede kann eine Schallquelle 24 lokalisiert werden, oder die aufgezeichneten Schallsignale 16 der einzelnen Mikrophone können geeignet zu einem erfassten Schallsignal 16a kombiniert werden, zu dem Schall 26 aus einer bestimmten Richtung der Vorrichtungsumgebung 18 mehr beiträgt als Schall 26 aus anderen Richtungen. Anstelle einer Richtungsselektivität für Schall 26 aus einem Fernfeld des Arrays könnte auch eine Raumselektivität für Schall 26 aus einem Bestimmten zweidimensional begrenzten Bereich der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 in einem Nahfeld des Arrays erzielt werden.
Das Nutzsignal 20 ist beispielsweise ein Signal, welches die Informationen umfasst, welche an einen Benutzer 36 ausgegeben werden sollen. Zwischen dem Nutzsignalerfasser 12 und dem Schallwiedergeber wird das Nutzsignal 20 als extrahiertes Nutzsignal 20a bezeichnet und kann ein elektrisches Signal sein. Nach der Ausgabe am Schallwiedergeber 14 wird das Nutzsignal 20 als gerichtetes Nutzsignal 20b bezeichnet und kann ein akustisches Signal sein, welches als Druckunterschied in einem elastischen Medium wie bspw. Luft übertragen wird. Der Informationsgehalt des Nutzsignals 20 ist für das extrahierte Nutzsignal 20a und das gerichtete Nutzsignal 20b größtenteils identisch.
Das Schallsignal 6 setzt sich aus dem Nutzsignal 20 und aus dem Störsignal 22 zusammen. Wie bereits erwähnt können das Nutzsignal 20 und das Störsignal 22 bereits bei der Erfassung des Schallsignals 16 getrennt werden, wie z.B. durch ein Richtmikrophon oder durch ein Array von Mikrophonen mit geeigneter, richtungsselektiv wirkender Kombination der Mikrophonsignale. Weiter Möglichkeiten zum Trennen des Nutzsignals 20 von dem Störsignal 22 werden später Bezug nehmend auf Fig. 2 erläutert.
Die Umgebung 18 der Vorrichtung 10 umfasst den Raum, welcher die Vorrichtung 10 umgibt. Dabei kann die Umgebung 18 begrenzt sein durch den Teil des umgebenden Raums, welcher einen sinnvollen Empfang eines Schallsignal 16 ermöglicht. Die Umgebung 18 kann einen tatsächlichen Raum bezeichnen, oder einen virtuellen Raum, und die Umgebung 18 mag relativ zu der Vorrichtung 10 definiert sein und z.B. keine tatsächlichen Objekte in der Umgebung 18 berücksichtigen.
Der Schalwiedergeber 14 kann einen Lautsprecher mit einer gerichteten Schallwiederga- be Charakteristik umfassen. Die gerichtete Schallwiedergabe-Charakteristik, d.h. die fo- kussierende Wirkung des Lautsprechers, kann durch eine geeignete Geometrie des Lautsprechers bzw. der Vorrichtung 10 erreicht werden. Es kann ausreichend sein, einen einzigen Lautsprecher zu verwenden. Dabei kann es sinnvoll sein, tiefe Frequenzen aus dem Signal (Schallsignal 16) zu entfernen, da die Richtwirkung für hohe Frequenzen stärker ausgeprägt ist. Es ist auch möglich das gerichtete Nutzsignal 20a durch einen Ultraschalllautsprecher oder ein Lautsprecherarray wiederzugeben. Die Verwendung eines Laut- sprecherarrays, an deren Lautsprecher das extrahierte, dem Schallsignal zu überlagernde Nutzsignal per Beamforming bzw. Strahlformungsverarbeitung Lautsprecherindividuell verarbeitet ausgegeben wird, ist ebenfalls möglich.
Bei der Schalwiedergabe mittels Ultraschalllautsprecher wird aus mehreren Ultraschallstrahlern ein Lautsprecher aufgebaut. Mittels solcher Ultraschallstrahler kann Audioschall in einem Frequenzbereich abgestrahlt werden, in dem der Audioschall selbst nicht mehr vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden kann. Durch nichtlineare Effekte in der Luft wird bei hohem Schalldruck und Überlagerung zweier Ultraschallwellen ein hörbarer Schall erzeugt. Die im Vergleich zu üblichen Audiosignalen hohe Frequenz des Ultraschalls bewirkt, dass die Abstrahlung des Schalls wegen seiner kleinen Wellenlänge und der im Vergleich dazu großen Wandlerabmessungen des Ultraschallstrahlers stark räumlich gerichtet erfolgt. Die Frequenzabhängigkeit der Richtcharakteristik herkömmlicher Lautsprecher-Kugelstrahler bei tiefen Frequenzen, Richtstrahler bei hohen Frequenzentritt bei einem Ultraschall- Lautsprecher kaum auf. Die Ultraschalllautsprecher haben für die Anwendung einen passenden Frequenzgang (ca. 0,8-8kHz). Die Größe der Lautsprecher muss so dimensioniert werden, dass der nötige Schalldruckpegel auch erreicht werden kann.
Bei einem Lautsprecherarray ist in der vertikalen Ebene das Abstrahlverhalten isopha- sisch, d. h. dass alle zu übertragenden Frequenzen gleichphasig in nur eine Richtung gelenkt werden. Werden mehrere Schallelemente übereinander gruppiert, so ergibt sich in der Vertikalen eine kohärente Wellenfront, die nahezu keine Interferenzen aufweist, da jeder Punkt im Raum von nur einem Lautsprecher pro (Stereo-)Seite beschallt wird. Bei Ausführungsbeispielen kann die Umgebung der Vorrichtung 10 in zwei Bereiche aufgeteilt sein. Der Nutzsignalerfasser 12 kann dabei so ausgebildet sein, dass Anteile des Schallsignals 16 aus einem ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 mehr zu dem Nutzsignal 20 beitragen als Anteile des Schallsignals 16 aus einem zweiten Be- reich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10. Wie bereits erwähnt wird dies beispielsweise durch ein Richtmikrophon oder durch ein Array von Mikrophonen mit geeigneter, richtungsselktiv wirkender Kombination der Mikrophonsignale realisiert. Es kann allerdings auch sein, dass die Erfassung richtungs- bzw. rauminselektiv ist und die Aufteilung der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 virtuell ist, d.h. eine Art Vorgabe darstellt, nach welcher festgelegt werden kann, wo eine zum Schallsignal 16 beitragende Schallquelle 24 sitzen muss, damit dessen Schallausgabe dem Nutzsignal 20 zugerechnet werden kann.
Um dies zu veranschaulichen sei auf Fig. 2 Bezug genommen. Fig. 2 zeig die Vorrichtung 10 exemplarisch mehrere zum Schallsignal 16 beitragende Schallquellen 240 bis 24n, wel- che sich in der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden, wobei n eine natürliche Zahl grösser gleich null ist, n > 0. Die Schallquellen 240 bis 24n können je einen Schall 26 aussenden oder nicht aussenden. Die Schallquellen 240 bis 24n können unterschiedlich ausgebildet sein. So kann bspw. die Schallquelle 240 bis 24n eine in der Umgebung der Vorrichtung 10 sprechende bzw. singende Person sein, d.h. eine Person, die einen aktiven akustischen Beitrag beiträgt. Fig. 2 könnte beispielsweise eine typische Kommunikationssituation darstellen mit mehreren Teilnehmern 24. Jede der Schallquelle 240 bis 24n könnte auch ein Lautsprecher sein, welcher Schall 26 wiedergibt, der an einem entfernten Ort und/oder zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommen und gespeichert wurde. Die Schallquellen 24 können den Schall 26 gerichtet oder ungerichtet abgeben. Mindestens ein Teil des Schalls 26 kann von dem Nutzsignalerfasser 12 als Schallsignal 16 erfasst werden.
Was das„Nutzsignal 20" darstellt, kann nun unterschiedlich definiert sein. Beispielsweise kann wie bereits erwähnt, die Umgebung 18 in Bereich 28 und 30 durch spezielle Wahl der Kombination der Mikrophonsignale eines Mikrophonarrays des Nutzsignalerfasser 12 bestimmt sein oder durch die Richtcharakteristik des Mikrophons desselben. Die beiden Bereiche 28 und 30 können aber auch virtuell bestimmt bzw. vorgegeben sein, und das Nutzsignal 20 wird von dem Nutzsignalerfasser 12 aus einem zunächst ungerichtet er- fassten Schallsignal 16 erkannt, indem aus dem Schallsignal 16 zunächst diejenige Schallquelle 24 bestimmt wird, die zum aktuellen Zeitpunkt zum Schallsignal 16 beiträgt. Beispielsweise ist der Nutzsignalerfasser 12 so eingestellt, dass jeder Schallquelle 24 ein tragbares Mikrophon zugeordnet ist und jede Schallquelle 24 wiederum entweder dem Bereich 28 oder Bereich 30, quasi gleichsam einer vorgegebenen Sitzordnung bei einer Kommunikation, Alternativ kann durch den Nutzsignalerfasser 12 aus dem Schallsignal 16 nach jeder Stillephase bzw. Sprachpause die Richtung des wieder einsetzenden Schalls 26, z.B. des dann sprechenden Sprechers 24, bestimmt und dieser einsetzende Schall 26 in dem Schallsignal 16 durch den Nutzsignalerfasser 12 einem der Schallquellen 24 und damit über die vorgegebene Zuordnung der Schallquellen 24 zu den Bereichen 28 und 30 zugeordnet werden, wodurch der Nutzsignalerfasser 12 ebenfalls eine Extraktion des Nutzsignals 20 aus dem Schallsignal 16 erzielen kann. Im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden sich also definitionsgemäß Schallquellen 24, deren Schall 26 als Nutzsignal 20 ausgegeben werden soll. Bspw. sind dies aktive Teilnehmer einer Kommunikationssituation. Ein akustischer Beitrag einer Person, welche sich im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, kann als Nutzsignal 20 wiedergegeben werden. Ein akustischer Beitrag einer Per- son, welche sich im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, wird vorzugsweise nicht als Nutzsignal 20 ausgegeben. Im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann sich beispielsweise der Benutzer 36 der Vorrichtung 10 selbst befinden, der durch die Verstärkung seines eigenen Gesagten nur gestört würde. Der Benutzer 36 der Vorrichtung 10 ist eine Person, welche das dem Schallsignal 16 überlagerte Nutzsignal 20 nutzen kann, um den akustischen Beitrag besser zu verstehen.
In Ausführungsbeispielen kann der Schallwiedergeber 14 ausgebildet sein, das Nutzsignal 20 in einer Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben, und der Schallwiedergeber 14 kann ausgebildet sein, um das Nutzsignal 20 gerichtet in die Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben. Die Vorrichtung 10 kann so ausgebildet sein, dass die Vorzugswiedergaberichtung 38 benutzer-versteilbar ist. Durch die Vorzugswiedergaberichtung 38 wird das Nutzsignal 20 in einer vorgegebenen Richtung wiedergegeben. Der Schallwiedergeber 14 kann ein oder mehrere vorhergehend beschriebene Lautsprecher umfassen. Das Nutzsigna! 20 kann bspw. durch einen Lautsprecher, welcher eine gerichtete Schall- Wiedergabecharakteristik aufweist wiedergegen werden bzw. es werden nur Lautsprecher aktiviert, welche in den Vorzugswiedergabebereich 38 weisen. So kann bspw. ein Benutzer 36 der Vorrichtung 10 die Vorzugswiedergaberichtung 38 auf sich ausrichten, um das Nutzsignal 20 dem Schallsignal 16 überlagert zu hören. Sind mehrere Lautsprecher verbaut oder verwendet man einen einstellbaren Lautsprecher, kann auch mehr als eine Per- son mit zusätzlicher Schallenergie (Nutzsignal 20) versorgt werden. Somit kann an meh- rere Benutzer 36, weiche sich in der Vorzugswiedergaberichtung 38 befinden, ein gerichtetes Nutzsignal 20 wiedergeben werden.
Die Vorzugswiedergaberichtung kann in den zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 weisen. Der erste Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und der zweite Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 können disjunkte Raumwinkelbereiche sein, d.h. die beiden Bereiche 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 sind getrennt voneinander und überlagern sich nicht. Der zweite Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann dabei angeordnet sein, wohin die Vorzugswiedergabe- richtung 38 weist, und der erste Bereich 30 kann jenseits der Vorzugswiedergaberichtung 38 angeordnet sein.
Dies hat zur Folge, dass ein akustischer Beitrag, welcher der Benutzer 36 beiträgt, der sich im zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befindet, nicht an den Benutzer 36 ausgegeben wird. Dadurch wird verhindert, dass der Benutzer 36 durch das hören seiner eigenen Stimme irritiert wird.
Die Vorrichtung 10 kann in Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Vorzugswiedergaberichtungen 38 aufweisen. Dies ist durch die drei Pfeile in der Figur 2 angedeutet. Der Nutzsignalerfasser 12 kann dabei ausgebildet sein, um für jede Vorzugswiedergaberichtung 38 aus dem Schallsignal 16 aus der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 ein jeweiliges Nutzsignal 20 zu extrahieren und von einem jeweiligen Störsignal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallwiedergeber 14 kann dabei ausgebildet sein, um für jede Vorzugswiedergaberichtung 38 das jeweilige extrahierte Nutzsignal 20 gerichtet in die jeweili- ge Vorzugswiedergaberichtung 38 wiederzugeben. Die VorrichtungI O kann dadurch von mehreren Benutzer 36 quasi gleichzeitig genutzt werden. Wobei bspw. allen Benutzer 36 alle akustischen Beiträge, außer ihren eigenen, hören. In einer einfachen Anwendung bedeutet dies, dass bei zwei Benutzern 36 jeder von der Vorrichtung 10 den akustischer Beitrag des anderen Benutzers 36, als Nutzsignal 20 von der Vorrichtung 10 gerichtet wiedergegeben erhält, während sein eigener akustischer Beitrag an den anderen Benutzer 36, nicht aber an ihn von dem Schallwiedergeber 14 der Vorrichtung 10, gerichtet ausgegeben wird. Somit genügt es eine Vorrichtung 10 am Tisch zu haben, um mehrere Benutzer 36 versorgen zu können. Die Vorrichtung 10 kann z.B. auch in einen Konferenztisch integriert sein. In Ausführungsbeispielen kann der Nutzsignalerfasser 12 folgende Merkmale aufweisen: einen Schallerfasser 32, der konfiguriert ist, um das Schallsignal 16 in der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 zu erfassen, und einen Signalverarbeiter 34, der ausgebildet ist, um aus dem erfassten Schallsignai 16a das Nutzsignal 20 zu extrahieren und von dem Stör- signal 22 in dem Schallsignal 16 zu trennen. Der Schallerfasser 32 kann bspw. wie vorhergehend beim Nutzsignalerfasser 12 beschrieben ein Mikrophonarray oder eine Mehrzahl von tragbaren Mikrophonen umfassen. Weitere Ausführungsformen wie bspw. Richtmikrophone, Tischmikrophone oder tragbare Mikrophone sind sowohl für den Nutzsignalerfasser 12 wie auch für den Schallerfasser 32 einsetzbar.
Das Schallsignal 16 ist ein akustisches Signal welches durch kleine Druckunterschiede in einem elastischen Medium wie bspw. Luft übertragen wird. Das erfasste Schallsignal 16a kann ein elektrisches Signal sein. Der Informationsgehalt des Schallsignals 16 und des erfassten Schallsignals 16a ist größtenteils identisch.
Der Signalverarbeiter 34 kann bspw. durch ein analoges oder digitales Filter das Nutzsignal 20 von dem Störsignal 22 trennen. Bspw. kann das Filter eine Hoch- Tief- oder Bandpassfilter sein, welches mit einem Operationsverstärker und einer Kapazität bzw. Induktivität aufgebaut ist. Der Signalverarbeiter 34 kann auch einen Computer oder einen Pro- zessor aufweisen auf welchem ein Programmcode eine Trennung des Nutzsignales 20 von dem Störsignal 22 durchführt. Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, bestimmte Frequenzen oder bestimmte Frequenzmuster des Schallsignals 16 zu erkennen und dem Nutzsignal 20 oder dem Störsignal 22 zuordnen. Der Signalverarbeiter 34 kann ferner ausgebildet sein, besondere Möglichkeiten zur Individualisierung des Klangs zu ermöglichen. Dabei kann die Vorrichtung 10 (Gerät) durch ein geeignetes Anpassverfahren z.B. auf den individuellen Hörverlust des Benutzers 36 eingestellt werden, um das Nutzsignal 10 auf die Sprachverständlichkeit für den Benutzer 36 zu optimieren.
Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, um eine Ortsinformation einer zum Schallsignal 16 beitragenden Schallquelle 24 zu bestimmen und die Ortsinformation zur Extraktion des Nutzsignales 20 aus dem Schallsignal 16 und zur Trennung, von dem Störsignal 22 zu verwenden. Die Ortsinformation kann der Signaiverarbeiter 34 bspw. durch unterschiedliche Signalpegel und/oder Signallaufzeiten bei der Verwendung mehrere Mikrophone erhalten. Insbesondere durch die Verwendung von Richtmikrophonen oder eines Mikrophonarrays kann eine Ortsinformation für eine Schallquelle 24 bestimmt werden. Der Signalverarbeiter 34 kann ausgebildet sein, basierend auf der Ortsinformation zu bestimmen, ob eine zu dem Schallsignal 16 beitragende Schallquelle 24 in dem ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 oder in dem zweiten Bereich 30 der Umge- bung 18 der Vorrichtung 10 liegt. Wenn die Schallquelle 24 in dem ersten Bereich 28 liegt, kann der Schall 26 der Schallquelle 24 dem Nutzsignal 20 hinzufügt werden und wenn die Schallquelle 24 in dem zweiten Bereich 30 liegt, kann Schall 26 der Schallquelle 24 dem Nutzsignal 20 nicht hinzugefügt werden. Durch Zuordnung der Schallquellen 24 in den erste oder zweite Bereiche 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 kann bspw. be- stimmt werden, ob es sich bei dem Schall 26 um ein Nutzsignal 20 oder ein Störsignal 22 handelt. Dabei kann unteranderem verhindert werden, dass der Benutzer 36 sich selbst sprechen hört und dadurch irritiert wird.
In Ausführungsbeispielen kann der Signalverarbeiter 34 ausgebildet sein, um Merkmale der Stimmen von Personen zu erkennen. Dabei kann bspw. mit einem Computerprogramm eine Stimme analysiert und einer Person zugeordnet werden. Ein Algorithmus zur Merkmalsextraktion kann bspw. Merkmale der Stimme des Benutzers 36 erkennen, um diesen besser von anderen Gesprächsteilnehmern unterschieden zu können. Durch die Zuordnung der Stimme zu einer Person kann diese Person dem ersten oder zweiten Be- reich 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 zugeordnet werden. Somit kann die Vorrichtung 10 präziser aus einem erfassten Schallsignal 16a das Nutzsignal 20a extrahieren, da bekannt ist welche Schallquelle 24 welchen Schall 26 zum erfassten Schallsignal 16 beiträgt. Der Sigalverarbeiter 34 kann auch ausgebildet sein, um zumindest einen Frequenzbereich aus dem Nutzsignal zu verstärken oder zu dämpfen. Das erfasste Schallsignal 16a setzt sich aus mehrere Frequenzen zusammen. Dabei können einzelne Frequenzbereiche als Nutzsignal 20 oder als Störsignal 22 eingestuft werden. Wenn der Frequenzbereich als Nutzsignal 20 eingestuft wird, wird er von dem Signalverarbeiter 34 verstärkt. Falls ein Frequenzbereich als Störsignal 22 eingestuft wird, wird er gedämpft.
Die Vorrichtung 10 kann in Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um eine psychoakus- tische Lokalisationsfähigkeit für das Schallsignal 16 zu bewahren. Die psychoakustisch Lokalisationsfähigkeit beschreibt die Möglichkeit, festzustellen aus welcher Richtung ein Schall 26 kommt beziehungsweise wo eine Schallquelle 24 liegt. Dafür verantwortlich ist das Gesetz der ersten Wellenfront, welches besagt dass zwei ähnliche Signale, die aus unterschiedlichen Richtungen kommen (z. B. Direktschall und Nutzsignal 20), werden aus der Einfallsrichtung lokalisiert, aus der die erste Wellenfront eintrifft. Die Verzögerung des zweiten Signals (Nutzsignals 20) darf allerdings eine gewisse Schwelle (Echoschwelle, ca.50ms) nicht überschreiten, da der Benutzer in einem solchen Fall zwei einzelne Signa- le (z. B. Direktschall und Echo) wahrnimmt. Somit sollte die Vorrichtung ausgebildet sein, dass Nutzsignal 20 an dem Schallwiedergeber 14 mit einer Verzögerung gegenüber dem Schallsignals 16, die kleiner ist als 50ms widerzugeben.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein, das Nutz- signal 20 mit einem Pegel auszugeben, der von einem Pegel des Störsignals 22 abhängt. Ein akustisches Signal ist durch die Frequenz und einen Signalpegel charakterisiert. Der Signalpegel eines akustischen Signals wird in der Akustik auch als Lautstärke bezeichnet. Für den Benutzer 36 ist es vorteilhaft, wenn das gerichtete Nutzsignal 20a zu jedem Zeitpunkt einen höheren Pegel aufweist als das Störsignal 22. Insbesondere bei wechseln- dem Signalpegel des Störsignals 22 oder des Nutzsignals 20 ist es vorteilhaft für den Benutzer 36 wenn der Pegel des gerichteten Nutzsignals 20a abhängig vom Pegel des Störsignals 22 oder des Nutzsignals 20 ausgegeben wird. So kann bspw. bei einer Erhöhung des Pegels des Störsignals 22 auch der Pegel des gerichteten Nutzsignals 20a erhöht und bei einer Reduktion des Pegels des Störsignals 22 der Pegel des gerichteten Nutz- Signals 20a reduziert werden.
In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein, um einen ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und einen zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 und/oder eine Vorzugswiedergaberichtung 38 anzuzeigen. Die Anzeige kann beispielsweise durch einen Aufdruck auf ein Gehäuse der Vorrichtung 10 erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 10 ausgebildet sein um anzuzeigen, aus welcher Richtung ein Nutzsignal 20 oder ein Störsignal 22 erfasst wird oder wo die Vorzugswiedergaberichtung 38 liegt. Vorhergehend genannte Signale 20, 22 Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 können auch bspw. durch Licht vorzugsweise mit LED's Angezeigt werden. So kann die Vorrichtung 10 bspw. durch unterschiedliche Farben des Lichts anzeigen wo sich der ersten und der zweite Bereich 28, 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10 befinden. Dabei kann bspw. der erst Bereich 28 durch eine grüne LED oder ein LED-Band angezeigt werden und der zweite Bereich 30 durch eine oder mehrere rote LED's. Die Anzeige kann auch mechanisch erfolgen bspw. in dem durch Zeiger bestimmte Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 gegenüber der Vorrichtung 10 angezeigt oder abgegrenzt werden. Ferner kann ein Display die vorhergehend genannten Signale 20, 22 Bereiche 28, 30 oder Richtungen 38 anzeigen. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kommunikationssituation zur Verwendung der Vorrichtung 10. Die beispielhafte Situation, zeigt wie ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 die Kommunikationssituationen verbessern kann. Es sitzen oder stehen sechs Personen (Sprecher), welche mögliche Schallquellen 24 darstellen, um einen Tisch 40. Die Vorrichtung 10 steht bspw. als tragbares Gerät in der Tischmitte. Der Benutzer 36 hat die Vorrichtung 10 so eingestellt, dass das Nutzsignal 20b als zusätzliche Schall auf seinen Sitzplatz fokussiert wird. Das gerichtetes Nutzsignal 20b erreicht als zusätzlich präsentierten Schall 26 nur den Benutzer 36.
Über mehrere Schallerfasser 32 (in Figur 3 sind sechs Mikrofone angedeutet) kann die Richtung des aktuellen Sprechers (der Schallquelle 24) geschätzt werden (Pfeil). Liegt die Richtung außerhalb des zweiten Bereichs 30 der Umgebung 18 der VorrichtungI O (also außerhalb des Schallbereichs des Benutzers 36), wird der Schall 26 verstärkt, da davon ausgegangen werden kann, dass jemand anderes am Tisch spricht. Liegt die Richtungsschätzung im ersten Bereichs 28 der Umgebung 18 der VorrichtungI O, also in einem Schallbereich des Benutzers 36, wird der Schall 26 nicht verstärkt, da davon ausgegangen werden kann, dass der Benutzer 36 selbst spricht und durch die Wahrnehmung seiner eigenen Stimme irritiert werden würde. Der verstärkte Schall 26 ist durch die gerichtete Schallwiedergabe (Fokussierung) nur für den Benutzer 36 wahrnehmbar, die anderen Personen (Gesprächsteilnehmer) nehmen das gerichtete Nutzsignal 20b (den Schall) nicht wahr und werden dadurch nicht gestört. Die gewünschte zusätzliche Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b (Schallsignals) kann durch den Benutzer 36 eingestellt werden. Dabei kann die Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b so angepasst werde, dass es konstant oberhalb des Störsignals 22 (Hintergrundgeräusche) liegt und damit gut wahrnehmbar ist. Leise Stimmen werden dadurch mehr verstärkt als laute Stimmen.
Trotz der zusätzlichen Schallpräsentation durch das gerichtete Nutzsignal 20b, kann der Benutzer 36 den Sprecher (Schallquelle 24) lokalisieren, ohne dass der zusätzlichen Schall des gerichtete Nutzsignal 20b störend wirkt. Dabei wird ausgenutzt, dass der Mensch zur Lokalisation von Schallquellen 24 die erste Wellenfront ausnutzt (Haas-Effekt, Präzedenz-Effekt) und zusätzliche Schallenergie aus einer anderen Richtung hinzugeführi werden kann, ohne die Richtungswahrnehmung zu beeinflussen. Zur Realisierung von Ausführungsbeispieie der Vorrichtung 10, kann ein Algorithmus notwendig sein, der die Situation entsprechend analysiert und das Nutzsignal 20 (die Signale), aufbereitet. Der Algorithmus umfasst:
1. Schätzung der Richtung der Schallquelle 24 (des Sprechers) mit Hilfe der Schallerfasser 32 (Mikrofonsignale), dies kann als Lokalisation bezeichnet werfen.
2. a) Liegt die Richtung der Schallquelle 24 also des aktuellen Sprechers im Schallbereich des Benutzers 36, d.h. dem zweiten Bereich 30 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10, wird keine weitere Verarbeitung und Wiedergabe des Nutzsignals 20 (Schallpräsentation) vorgenommen, da davon ausgegangen wird, dass der Benutzer 36 selbst spricht.
2.b) Liegt die geschätzte Position des aktuellen Sprechers (Schallquelle 24) außerhalb des Schallbereich des Benutzers 36 d.h. im ersten Bereich 28 der Umgebung 18 der Vorrichtung 10, wird das aufgenommene Schallsignal 16 über den Lautsprecher des Schallwiedergebers 14 präsentiert, da davon ausgegangen wird, dass es sich um einen anderen Gesprächsteilnehmer handelt. Mit Hilfe der verschiedenen Mikrofonsignale des Schallerfassers 32 wird eine Störgeräuschreduktion durchgeführt, damit das präsentierte Signal (Nutzsignal 20) möglichst nur die gewünschten Sprachanteile enthält. Zusätzlich kann die Lautstärke des gerichteten Nutzsignals 20b so angepasst werden, dass es auf dem gewünschten Pegel oberhalb des Störsignals 22 der Hintergrundgeräusche liegt, den der Benutzer 36 eingestellt hat. Damit fügt eine solches Vorrichtung 10 sich nahtlos in eine Kommunikationssituation ein. Nur der Benutzer 36 hört die verstärkten Signale (das Nutzsignal 20) der anderen Gesprächsteilnehmer (Schallquellen 24) und diese werden in der Situation nicht durch die Vorrichtung 10 gestört. Der Benutzer 36 hört seine eigene Stimme nicht über die Vorrichtung, da seine Position erkannt wird und kein Signal (Schallsignal 16, Nutzsignal 20) ver- stärkt wird, wenn er selbst spricht.
Eine vorhergehend beschriebene Kommunikationssituation kann eine Mehrzahl von Personen umfassen, welche Teilnehmer der Kommunikationssituation sind. Die Teilnehmer der Kommunikationssituation können aktive Teilnehmer sein, welche selbst aktiv einen akustischen Beitrag zur Kommunikationssituation leisten und damit eine Schallquelle 24 darstellen oder die Teilnehmer können passive Teilnehmer der Kommunikationssituation sein, weiche die akustischen Beiträge hören. Akustische Beiträge können beispielsweise Sprache oder Gesang sein. Die Teilnehmer können auch sowohl aktive als auch passive Teilnehmer sein d. h., die Teilnehmer leisten sowohl einen akustischen Beitrag und hören, zeitlich versetzt oder auch gleichzeitig, einen akustischen Beitrag eines weiteren Teilneh- mers.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit einem Gehäuse. Die tragbare Vorrichtung 10 (Gerät), kann derart in die Mitte eines Tischs 40 gestellt werden, so dass das gerichtete Nutzsignal 20b (Schallstrahl) auf den Benutzer 36 ausgerichtet ist. Die Vor- richtung 10 (Gerät) nimmt über mehrere Mikrofone das Schallsignal 16 aller am Tisch 40 sitzenden Gesprächsteilnehmer (Schallquellen 24) auf und verstärkt die jeweilige Stimme als Nutzsignal 20 auf die vom Benutzer 36 gewählte Lautstärke. Die Mikrofone erfassen dabei den aktuellen Sprecher und die integrierten Algorithmen filtern das Störsignal 22 (Störgeräusche) der Umgebung 18 aus dem Schallsignal 16 (Signal) heraus. Die Laut- stärke des Nutzsignals 20 (der zusätzlichen Schallenergie) kann sich adaptiv an die Umgebung 18 anpassen, so dass der Benutzer 26 stets eine konstante zusätzliche, aber keine zu laute Schallpräsentation der Gespräche am Tisch wahrnimmt.
In Ausführungsbeispielen erkennt ein Algorithmus zur Merkmalsextraktion Merkmale der Stimme des Benutzers 36, um diesen besser von anderen Gesprächsteilnehmern unterschieden zu können.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben den Vorteil, dass der Benutzer 36 kein Gerät direkt am Körper tragen muss, weder Hörgerät noch einen Kopfhörer oder ein Headset. Ferner werden durch das gerichtete Nutzsignal 20b (fokussierte Schallpräsentation) andere Teilnehmer (Gesprächsteilnehmer) nicht gestört.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben gegenüber einem Hörgerät den Vorteil, dass die Vorrichtung 10 nur eingesetzt wird, wenn man sie wirklich benötigt. Weiter kann die Vorrichtung 10 mit einem Regler einfach bedient werden. Es findet keine Stigmatisierung statt bei entsprechend ansprechendem Design. Jeder kann problemlos ausprobieren, wie sich die Vorrichtung 10 positiv auf die Kommunikationssituation auswirkt. Ferner bleibt das Richtungshören auf Grund des Gesetzes der ersten Wellenfronten erhalten. Das Zuhören ist angenehm ohne ein Gerät im Ohr zu tragen. Der große Abstand der Mik- rofone und die bessere Positionierung der Vorrichtung (geringer Abstand zur Schallquelle 24) im Gesprächskreis liefert einen besseren Signalrauschabstand für das Nutzsignal 20 als das eigene Ohr empfängt. Die Vorrichtung 10 ist auch für den Einsatz vor dem Fernseher geeignet, in dem die Vorrichtung 10 (Gerät) bspw. auf den Wohnzimmertisch gestellt wird und entsprechend ausgerichtet wird. Das Richtmikrofon zeigt dann auf den Fernseher und/oder auf den Ehepartner. Die Vorrichtung 10 ist auch für Normalhörende in vielen Situation geeignet. Ein Vorteil der Vorrichtung 10 ist die Verbesserung des Sprachverstehens eines Benutzers 36 in akustisch schwierigen räumlichen Situationen auf komfortable Weise (kein Gerät im Ohr) verbunden mit dem wichtigen Effekt, dass die anderen Teilnehmer (Gesprächsteilnehmer) nicht gestört werden (gerichtetes Nutzsignal 20b, fo- kussierte Schallpräsentation), Dabei ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Hörgerät, dass man die Vorrichtung 10 (Gerät) einfach ausprobieren kann, da kein Ohrpassstück notwendig ist. Der Benutzer 36 stellt sich selbst den Anteil des gerichteten Nutzsignal 20b (zusätzlichen Signals) je nach Wunsch ein. Da der Direktschall ungehindert zum Ohr gelangt, bleibt die Fähigkeit zur Lokalisation des Sprechers (der Schallquelle 24) bestehen (Präzedenz-Effekt).
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 haben gegenüber dem Einsatz einfacher Mikrofone in der Nähe des Nutzsprechers (z.B. Tischmikrophon auf dem Tisch vor den Sprechern, Ansteckmikrofone am Kragen) den Vorteil, dass die Mikrophone zwar das Signal- Rausch-Verhältnis zu den anderen (störenden) Sprechern verbessern, jedoch hat man keine akustische Orientierung und kann nur an den Mundbewegungen und dem Klang der Stimme erkennen, welcher Sprecher gerade spricht. Diese zusätzliche Aufgabe erfordert eine sehr hohe Konzentration und sollte vermieden werden.
Eine Vorrichtung 10 (mobiles Gerät), dass die beschriebene Ausführungsbeispiele nutzt, kann in einer Handtasche transportiert werden und unterstützt Menschen mit einer Hörminderung bei der Kommunikation insbesondere mit vielen Teilnehmern. Mit dieser Technik können auch mehrere Vorrichtungen 10 (Geräte) an einem Tisch gleichzeitig verwendet werden. Zu Hause kann das Gerät z.B. auf eine Ladestation gesetzt und bspw. ein Akku aufgeladen werden.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 können zusätzlich eine Benutzerschnittstelle umfassen um bspw. die gewünschte zusätzliche Lautstärke an der Vorrichtung 10 (Gerät) einzustellen. Die Signalverarbeitung des Signalverarbeiters 34 passt sich adaptiv an die Umgebung (Störsignal 22) an, so dass der Benutzer 36 stets eine konstante zusätzliche, aber keine zu laute Schallpräsentation des Nutzsignals 20 wahrnimmt. Der Schallwiedergeber 14 ist bei der Vorrichtung 10 nicht fest ausgerichtet, sondern kann im Raum individuell ausgerichtet werden. Die Vorrichtung 10 (System) ist auf einen oder mehrere Benutzer 36 ausgerichtet und versorgt nicht einen bestimmten Raum mit dem Nutzsignal 20.
Die Ausführungsbeispieie umfassen Vorrichtungen 10 (Geräte), die zusätzlich zum Direktschall ein aufbereitetes Signal (Nutzsignal 20) einem bestimmten Benutzer 36 präsentieren, ohne dabei andere Gesprächsteilnehmer zu stören. Die Schallpräsentation wird durch gerichtete Lautsprecher (Schallwiedergeber 14) erreicht, so dass kein Gerät direkt am oder im Ohr getragen werden muss (Hörgerät, Kopfhörer, etc.).
Die Verwendungsmöglichkeit der Ausführungsbeispiele ist für Situationen bestimmt bei denen die Sprache leise ist, oder sich nicht deutlich vom Hintergrundgeräusch abhebt. Beispiele sind Kneipenbesuche mit Freunden, großes Weihnachtsessen mit der gesamten Familie, großes Kaffeekränzchen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 10 aus einem Schalerfasser 32 (auch Signalaufnahmeeinheit genannt) einem Signalverarbeiter 34 (auch Signalverarbeitungseinheit genannt)) und einem Schallwiedergeber 14 (auch Signalwiedergabeeinheit ge- nannt) und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zusätzlich zum vorhandenen Schall im Raum, der sowohl das Nutzsignal 20 (auch Nutzschall genannt) als auch das Störsignal 22 (auch Störschall genannt) beinhaltet, ein gerichtetes Nutzsignal 20b (auch aufbereitetes Signal genannt) welches über einen Schallwiedergeber 14 (auch fokussie- renden Lautsprecher genannt) dargeboten wird, um die Hörbarkeit des Nutzsignals 20 bzw. in Kommunikationssituationen das Sprachsignal des relevanten Sprechers zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform werden für die Schallwiedergabe ein oder mehrere Ultraschallautsprecher verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Schallwiedergabe über ein Lautsprecher- array.
In einer Ausführungsform erfolgt die Schallwiedergabe verteilt über WFS (Lautsprecher- array fest installiert (z.B. Wand) oder auch als portables Array für z.B. den mobilen Einsatz). In einer Ausführungsform wird durch die Verwendung mehrerer Mikrofone die Möglichkeit gegeben, eine Richtwirkung auf eine oder mehrere Positionen zu nutzen. In einer Ausführungsform wird durch die Verwendung mehrerer Mikrofone und entsprechender Signalverarbeitungsalgorithmen der Schallerfasser 32 (Signalaufnahmeeinheit) automatisch auf den relevanten Gesprächspartner ausgerichtet (Richtmikrofon, Beamfor- ming). In einer weiteren Ausführungsform wird durch die Verwendung tragbarer Mikrofone für jeden Kommunikationsteilnehmer (Schallquelle 24) der Schallerfasser 32 (Signalaufnahmeeinheit) dichter am Mund positioniert. Die Mikrofone können schnurlos oder schnurgebunden mit der Vorrichtung 10 (Gerät) verbunden sein. In einer Ausführungsform erkennt die Vorrichtung 10, wenn der Benutzer 36 selbst spricht und präsentiert in dieser Situation kein zusätzliches Nutzsignal 20 (Nutzschall).
In einer Ausführungsform erhält die Vorrichtung 10 durch geeignete Signalverarbeitung die psychoakustische Lokalisationsfähigkeit. Dabei bleibt der Präzedenzeffekt/Haas-Effekt erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform bietet die Vorrichtung 10 die Möglichkeit das Nutzsignal 20 auf einem konstanten Pegel oberhalb des Störsignals 22 (Umgebungsgeräusche) zu präsentieren.
In einer Ausführungsform bietet die Vorrichtung 10 die Möglichkeit nur einen eingeschränkten Frequenzbereich des Nutzsignals 20 zu präsentieren.
In einer Ausführungsform ermöglicht die Vorrichtung 10 besondere Möglichkeiten zur In- dividualisierung des Klangs. Dabei wird die Vorrichtung 10 (Gerät) durch ein geeignetes Anpassverfahren z.B. auf den individuellen Hörverlust eingestellt, um die Sprachverständlichkeit zu optimieren.
In einer Ausführungsform wird kein Mikrofon zur Schallerfassung (Signalaufnahme) ver- wendet, sondern das Audiosignal direkt (drahtlos oder drahtgebunden) zur Vorrichtung 10 übertragen. in einer weiteren Ausführungsform wird die zusätzlich notwendige Stärke der Unterstützung (Pegel des Nutzsignals 20) automatisch an die Umgebung 18 anpasst (-> Online Bestimmung der Sprachverständlichkeit und automatisierte Steuerung der Unterstützung).
Ferner kann in einer Ausführungsform kontinuierlich auf einem Display die Richtung des aktuell als Nutzsprecher erkannten Ort auf einem Display angezeigt werden.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 tragbar und kann durch eine integrierte Energieversorgung mobil betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung 10 erweitert auf mehr als einen Benutzer 36 (Person) (mehrfache Signalverarbeiter 34 , gleicher Schallerfasser 32 (Mikrophon) / Schallwiedergeber 14 (Lautsprecher) und weitere Hardware).
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu ver- stehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen program- mierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steu- ersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zu- sammen wirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem pro- grammier-baren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerpro- grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge- speichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschi- nen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Daten- träger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Daten- ström oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumin- dest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (10) umfassend; einen Nutzsignalerfasser (12), der ausgebildet ist, um aus einem Schallsignal (16) in einer Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein Nutzsignal (20a) zu extrahieren und von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen, einem Schallwiedergeber (14), der ausgebildet ist, das Nutzsignal (20b) gerichtet wiederzugeben und dem Schallsignal (16) zu überlagern.
Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei der Nutzsignalerfasser (12) so ausgebildet ist, dass Anteile des Schallsignales (16) aus einem ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) mehr zu dem Nutzsignal (20) beitragen als Anteile des Schallsignals (16) aus einem zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10).
Die Vorrichtung nach einem Anspruch 2, wobei der erste Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und der zweite Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung ( 0) disjunkte Raumwinkelbereiche sind.
4. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, das Nutzsignal (20) in einer Vorzugswiedergaberichtung (38) wie- derzugeben, und der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, um das Nutzsignal
(20b) gerichtet in die Vorzugswiedergaberichtung (38) wiederzugeben.
5. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung (10) so ausgebildet ist, dass die Vorzugswiedergaberichtung (38) benutzer-verstellbar ist.
6. Die Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der zweite Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) angeordnet ist, wohin die Vorzugswiedergaberichtung (38) weist, und der erste Bereich (28) jenseits der Vorzugswiedergaberichtung (38) angeordnet ist.
7. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (10) einer Mehrzahl von Vorzugswiedergaberichtungen (38) aufweist, und
- der Nutzsignaterfasser (12) ausgebildet ist, um für jede Vorzugswiedergaberichtung (38) aus dem Schallsignal (16) aus der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) ein jeweiliges Nutzsignal (20) zu extrahieren und von einem jeweiligen Störsignal
(22) in dem Schallsignal (16) zu trennen, und
- der Schallwiedergeber (14) ausgebildet ist, um für jede Vorzugswiedergaberichtung (38) das jeweilige extrahierte Nutzsignal (20a) gerichtet in die jeweilige Vorzugswiedergaberichtung (38) wiederzugeben.
8. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Nutzsignalerfasser (12) eine Anzahl von tragbaren Mikrophonen aufweist.
9. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Nutzsignalerfas- ser (12) ein Mikrophonarray aufweist.
10. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schallwiedergeber (14) Ultraschalllautsprecher aufweist. 1 1 . Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schallwiedergeber (14) ein Lautsprecherarray aufweist.
12. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei der Nutzsignalerfasser (12) folgende Merkmale aufweist: einen Schallerfasser (32), der konfiguriert ist, um das Schallsignal (16) in der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) zu erfassen; einen Signalverarbeiter (34), der ausgebildet ist, um aus dem Schallsignal (16) das Nutzsignal (20) zu extrahieren und von dem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16) zu trennen.
13. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, um eine Ortsinformation einer zum Schallsignal 16 beitragenden Schallquelle (24) zu bestimmen und die Ortsinformation zur Extraktion des Nutzsignais (20a) aus dem Schallsignai (16) und zur Trennung, von dem Störsignal (22) zu verwenden.
14. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, basierend auf der Ortsinformation zu bestimmen, ob die zu dem Schallsignal (16) beitragende Schallquelle (24) in dem ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) oder in dem zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) liegt und,
- wenn die Schallquelle in dem ersten Bereich (28) liegt, Schall (26) der Schallquelle (24) dem Nutzsignal (20) hinzuzufügen, und
- wenn die Schallquelle in dem zweiten Bereich (30) liegt, Schall (26) der Schall- quelle (24) nicht dem Nutzsignal (20) hinzuzufügen.
15. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, um Merkmale der Stimmen von Personen zu erkennen. 16. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei der Signalverarbeiter (34) ausgebildet ist, jede Person dem ersten (28) oder zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) zuzuordnen.
17. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Signalverar- beiter (34) ausgebildet ist, um zumindest einen Frequenzbereich aus dem Nutzsignal (20) zu verstärken oder zu dämpfen.
18. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um eine psychoakustische Lokalisationsfähigkeit für das Schallsig- nal (16) zu bewahren.
19. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Vorrichtung (10) so ausgebildet ist, dass das extrahierte Nutzsignal (20a) an dem Schallwiedergeber (14) mit einer Verzögerung gegenüber einer Erfassung des Schallsignals (16) durch den Nutzsignalerfasser (12) widergegeben wird, die kleiner ist als 50ms.
20. Die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um das Nutzsignal (20) mit einem Pegel auszugeben, der von einem Pegel des Störsignals (22) abhängt. Die Vorrichtung ( 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20. wobei die Vorrichtung (10) ausgebildet ist, um einen ersten Bereich (28) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und einen zweiten Bereich (30) der Umgebung (18) der Vorrichtung (10) und/oder eine Vorzugswiedergaberichtung (38) anzuzeigen.
Verfahren, umfassend;
Extrahieren des Nutzsignals (20a) aus einem Schallsignal (16) aus einer Umgebung (18),
Trennen des Nutzsignals (20a) von einem Störsignal (22) in dem Schallsignal (16), gerichtete Wiedergabe des Nutzsignals (20b), und
Überlagerung des Schallsignals (16) durch das gerichtete Nutzsignal (20b).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 22, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft.
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