WO2021186033A1

WO2021186033A1 - Adaptive klangsteuerung

Info

Publication number: WO2021186033A1
Application number: PCT/EP2021/057092
Authority: WO
Inventors: Georg Fischer; Tobias Fritsch; Andreas Männchen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: DE102020203629A1

Abstract

Kopfhörer (10) mit folgenden Merkmalen: einem Schallwandler (12), der ausgebildet ist, um basierend auf einem elektrischen Steuersignal (16) ein akustisches Signal (18) zu emittieren; Messmittel (20), die ausgebildet sind, eine elektrische Messung an dem Schallwandler (12) durchzuführen, um ein Messsignal zu erhalten; und Signalverarbeitungsmittel (22), die ausgebildet sind, in Abhängigkeit von dem Messsignal das elektrische Steuersignal (16) für den Schallwandler (12) anzupassen.

Description

Adaptive Klangsteuerung

Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Kopfhörer sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kopfhörers.

Kopfhörer, wie z. B. Hearables oder Hörgeräte haben oft keinen für das Ohr optimalen Fre quenzgang. Hintergrund hierzu ist, dass Kopfhörer/Hearables/Hörgeräte am Trommelfell unterschiedliche Frequenzgänge, z. B. je nach Sitz des Hörers/Geräts im/am Ohr aufwei sen. Ursache hierfür ist, dass Ohr und Gehörgang von Mensch zu Mensch unterschiedlich ist. Ferner hat jeder Mensch einen anderen Geschmack und ein anderes Empfinden. Das Anpassen von Kopfhörern/oder ähnlichen Anwendungen auf eine individuelle Zielkurve im Produktionsprozess ist typischerweise nicht möglich. Weiter kommt erschwerend hinzu, dass jeder Schallwandler, z. B. auch MEMS-Schallwandler, ein anderes elektroakustisches Verhalten hat und somit anders auf akustische Lasten, wie z. B. das menschliche Gehör reagiert. Systeme mit einer hohen Güte, wie z. B. MEMS-Lautsprecher, können bei falscher und unzureichender Bedämpfung Schaden am Schallwandler selber verursachen.

Ausgehend von diesen Problemen gibt es bereits im Stand der T echnik Ansätze zur Detek tion von Undichtigkeiten, z. B. durch falschen Sitz.

Die US 2016/0330546 A1 beschreibt eine Detektion mittels Sensormikrofonen und Anpas sung des Lautsprechers mittels EQ oder durch aktives Verstellen des akustischen Filter ports entsprechend der Mikrofonmessung. Nachteilig ist, dass hierfür ein oder mehrere Mik rofone notwendig sind. Ferner entspricht der Frequenzgang am Referenzmikrofon nicht dem Frequenzgang am Trommelfell, d. h. individuelle physiologische Unterschiede des Hörkanals werden bei dieser Methode nicht gänzlich ausgeglichen.

Die US 9,794,672 B2 beschreibt die Nutzung von optoakustischer Emissionen, um den Schall am Trommelfell zu analysieren. Nachteilig ist, dass weitere Messungen, insbeson dere Kalibrierungen vor Benutzung notwendig sind. Dies stellt ein zusätzliches, wenn auch extrem sensitives Mikrofon dar, welches allerdings nicht im vollen Hörfrequenzbereich funk tioniert. Auch ist keine Adaption, z.B. während des Betriebes, möglich. Eine adaptive Filterung eines Kopfhörers auf ein vorher angepasstes Gehörgangsmodell mit Hilfe eines Mikrofons am Ohrkanaleingang wird in dem Artikel „Real-Time Adaptive Equalization for Headphone Listening“ (25th European Signal Processing Conference, 2017) beschrieben.

Zur Überwindung dieser Nachteile gibt es deshalb den Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zur Anpassung des akustischen Verhaltens eines Kopfhörers zu finden. Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Gegenstände gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Kopfhörer mit einem Schwallwandler, Messmitteln und Signalverarbeitungsmitteln. Der Schallwandler, wie z. B. ein herkömmlicher Hubkolbenschallwandler oder MEMS-Schallwandler, ist ausgebildet, um basierend auf einem (an dem Schallwandler anliegenden) elektrischen Signal ein akusti sches Signal zu emittieren. Die Messmittel sind ausgebildet, eine elektrische Messung, z. B. über dieselben Kontakte, über welche auch das elektrische Signal anliegt, an dem Schall wandler durchzuführen, um ein Messsignal zu erhalten. Die Signalverarbeitungsmittel sind ausgebildet, um in Abhängigkeit von dem (ermittelten) Messsignal das elektrische Steuer signal anzupassen.

Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Schallwandler, der in erster Linie zur Emission eines akustischen Signals basierend auf einem Steuer-/Audiosignal, z.B. einem elektrischen Wechselsignal dient, gleichzeitig auch als Mikrofon bzw. allgemein als Sensor zu verwenden ist. Dieser Sensor ermöglicht dann, Abweichungen in dem gewünschten Übertragungsverhalten, z. B. ausgehend von dem Ge hörgang oder dem Lautsprechermodell, zu erkennen. Mit dem Sensorwerten ist eine dyna mische Anpassung eines hinterlegten Gehörgangs- und/oder Lautsprechermodells mög lich, sodass dann durch Beeinflussung des Steuer-/Audiosignals Unterschiede im Verhalten des Lautsprechers sowie Unterschiede in der Geometrie des Gehörgangs ausgeglichen werden können. Insgesamt werden also vorteilhafterweise weniger Bauteile benötigt. Im Gegensatz zu den bekannten Stand-der-Technik-Lösungen wird auch der komplette Fre quenzgang abgedeckt, wobei das Verfahren auch adaptiv arbeitet und gleichzeitig auch einen schlechten Sitz des Kopfhörers ausgleichen kann. Eine Beeinflussung von Störge räuschen kann wirkungsvoll ausgeglichen werden. Insofern wird unabhängig vom Sitz des Kopfhörers/Hörgeräts im/am Ohr ein optimaler bzw. optimierter Frequenzgang sicherge stellt, wobei auch entsprechend Ausführungsbeispielen vom Nutzer gewünschte oder indi viduelle Zielfrequenzantworten definiert und jederzeit geändert werden. Das dargestellte System misst sich automatisch ein bzw. kalibriert sich automatisch.

Wie oben bereits angedeutet, umfasst die Messung entsprechend Ausführungsbeispielen eine Strommessung an dem Schallwandler, einen Spannungsmesser an dem Schallwand ler und/oder eine Impedanzmessung oder Kapazitätsmessungen an dem Schallwandler (z.B. für die Systemidentifikation). Insofern ist das Messsignal entsprechend Ausführungs beispielen ein Strom- und/oder Spannungs- und/oder Impedanzsignal. In anderen Worten heißt das, dass reicht eine Impedanzmessung bzw. Strom- und Spannungsmessung am Schallwandler aus, um die Sensorfunktionalität auszubilden. Hintergrund für diese Mess werte ist, dass mit dieser Messung von Strom und Spannung, z. B. an den Klemmen des Schallwandlers, der Frequenzgang vorhersagbar ist.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen sind die Signalverarbeitungsmittel ausgebil det, um auf Basis eines Modells, wie z. B. Lumped-Parameter-Modell, das elektrische Steu ersignal anzupassen. Entsprechend Ausführungsbeispielen dient als Eingangsparameter für das Modell/Lumped-Parametermodell das entsprechende Messsignal. Dieses lässt nämlich einen Rückschluss auf den am Schallwandler vorherrschenden Frequenzgang zu. Hierbei wird explizit auf den vorherrschenden Frequenzgang, d. h. also den resultierenden Frequenzgang und nicht den ermittelten Frequenzgang abgestellt. Durch diesen Ansatz wird der Schallwandler und insbesondere Wandlerresonanzen aktiv bedämpft, so dass es zum Schutz von Überlasten des Wandlers kommt. Ferner können auch störende Überhö hungen im Frequenzgang ausgeglichen werden, was insgesamt die Wiedergabequalität signifikant verbessert. Gemäß Ausführungsbeispielen ermöglicht eine Anpassfunktion (z. B. eine Anpassfunktion, die sich über mehrere Frequenzbereiche erstreckt und in unter schiedlichen Frequenzbereichen unterschiedlich wirkt) eine Anpassung des ermittelten bzw. vorherrschenden Frequenzgangs an einen Zielfrequenzgang. Die Anpassfunktion wird beispielsweise unter Berücksichtigung des ermittelten/vorherrschenden Frequenzgangs mittels des Modell/Lumped-Parameter-Modells ermittelt und stellt sozusagen eine Art Aus gangsparameter des Modells/Lumped-Parametermodells dar.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung mittels eines adaptiven Filters. Dieses wird in Abhängigkeit von dem Messsignal oder eben der Anpassfunktion (indirekt abhängig von dem Messsignal) angepasst. Nachfolgend wird detaillierter auf das Modell, das auch als Systemmodell implementiert sein kann, eingegangen. Entsprechend Ausführungsbeispielen umfasst das Systemmodell zumindest zwei oder mehr Einzelmodelle. Die Einzelmodelle können beispielsweise aus folgender Gruppe stammen:

Modells des Lautsprechers;

Modell der Schallführung;

Modell der Leckage;

Modell des Gehörgangs; und/oder

Modell des Trommelfells.

Mittels des Eingangssignals bzw. Messsignals wird jedes Modell parametrisiert. Bei den Einzelmodellen ist es entsprechend Ausführungsbeispielen so, dass je Einzelmodell ein Eingangsparameter bzw. ein eigenes Messsignal verwendet wird. Beispielsweise kann ein erster von mehreren Eingangsparametern für ein erstes Einzelmodell während eines ersten Nutzerszenarios ermittelt werden und ein zweiter von mehreren Eingangsparametern für ein zweites Einzelmodell während eines zweiten Nutzerszenarios. Entsprechend alternati ven bzw. additiven Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass ein Eingangspara meter, wie z. B. der zweite Eingangsparameter während eines ersten und zweiten Nut zerszenarios ermittelt wird. Insofern kann jedes Einzelmodell auch mehrere Eingangspara meter aufweisen.

Ein Beispiel für ein Nutzerszenario, z. B. ein erstes Nutzerszenario, ist das Tragen des Kopfhörers im Ohr. Ein weiteres Beispiel, z. B. für ein zweites Nutzerszenario, ist eine Mes sung bei dem Kopfhörer außerhalb des Ohrs oder eine Messung beim Kopfhörer innerhalb der Ladestation. Diese Nutzerszenarien unterscheiden sich beispielsweise durch die akus tische Last auf den Schallwandler. Hintergrund hierzu ist, dass die akustische Last je nach dem, ob sie sehr klein ist (nicht im Ohr), sehr groß ist (im Ohr) oder mit einer bekannten Dämpfung belegt ist (in der Ladestation), unterschiedliche Frequenzgänge bewirkt. Ferner werden auch in den unterschiedlichen Nutzerszenarien unterschiedliche Situationen nach moduliert, z. B. kann der Gehörgang insbesondere bei Tragung im Ohr parametrisiert wer den. Durch die Verwendung von mehreren Nutzerszenarien ist es vorteilhafterweise mög lich, die unterschiedlichen Einflüsse auf den resultierenden Frequenzgang zu ermitteln und den resultierenden Frequenzgang dem gewünschten Zielfrequenzgang anzupassen. Um entsprechend Ausführungsbeispielen die Nutzerszenarien zu erkennen, kann ein entspre chendes Erkennmittel oder Erkennungsalgorithmus vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Befinden des Kopfhörers in der Ladestation über die Ladekontakte erfolgen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Betreiben eines Kopfhörers mit einem Schallwandler, der ausgebildet ist, um basierend auf einem elektrischen Steuersig nal ein akustisches Signal zu emittieren. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Durchführen der Messung an dem Schallwandler, um ein erstes Messsignal zu er halten; und

Anpassen in Abhängigkeit von dem Messsignal des elektrischen Steuersignals für den Schallwandler. Das Anpassen kann, wie oben erläutert, beispielsweise unter Verwendung von einem oder mehreren Modellen erfolgen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Computerprogramm, das das Ver fahren durchführt, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor abläuft.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beilie genden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kopfhörers gemäß einem Basisausführungs beispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Illustration der Einflussfaktoren auf den mittels eines Kopfhörers erzeugten Klang gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Illustration des Prinzips der adaptiven Klangan passung gemäß Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegen den Zeichnungen erläutert werden, wird ferner darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist. Fig. 1 zeigt einen Kopfhörer 10, hier einen In-Ear-Kopfhörer mit einem Gehäuse 14 und einem Schallwandler 12. Der Schallwandler umfasst beispielsweise eine Membran und Membranaufhängung (nicht separat gezeigt). Alternativ zu dem In-Ear-Kopfhörer 10 kann natürlich jeder andere Kopfhörer mit einer oder mehreren Schallwandlern je Kopfseite vor gesehen sein. Der Schallwandler 12 oder insbesondere die Membran des Schallwandlers 12 wird über ein Audiosignal 16 angetrieben bzw. angesteuert. Dieses Signal 16 wird als elektrisches Steuersignal bezeichnet und regt den Schallwandler 12 zur Schwingung an, so dass ein akustisches Signal 18 emittiert wird.

Darüber hinaus umfasst der Kopfhörer auch noch Messmittel 20 sowie Signalverarbei tungsmittel 22. Die Messmittel führen eine elektrische Messung an dem Schallwandler durch. Hierzu kann beispielsweise eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom an der Membran des Schallwandlers 12 mittels den Messmitteln 20 abgegriffen werden. Mittels Strom und Spannung ist dann die Impedanz ermittelbar. Dieses Messsignal bzw. eine von dem Messsignal abgeleitete Größe wird dann von der Signalverarbeitung 22 ver wendet, um das Signal 16 anzupassen. Ziel ist eine Anpassung derart, dass der System frequenzgang umfassend alle bestehenden Einflussfaktoren wie Schallwandler, Schallfüh rung, Gehörgang und Trommelfell an den Zielfrequenzgang angenähert wird. Der Zielfre quenzgang ist bekannt, wobei der Systemfrequenzgang mittels des als Sensor fungieren den Schallwandlers ermittelt wird. Hierzu wird, wie oben bereits erläutert, ein Strom- bzw. Spannungs- bzw. Impedanzsignal genommen, so dass ausgehend von dieser Messgröße der Systemfrequenzgang nachmoduliert wird. Hierzu stehen ein oder mehrere einzeln oder in Kombination angewendete Modelle zur Verfügung, die dann entsprechend verarbeitet werden. Die Messmittel 20 bestimmen die Eingangsparameter für das entsprechende Mo dell, während die Modulierung in den Signalverarbeitungsmitteln 22 erfolgt. In diesen Sig nalverarbeitungsmitteln 22 kann dann auch eine entsprechende Anpass- bzw. Korrektur funktion für das akustische Signal 16 bestimmt werden.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 2 die ein oder mehreren Einflussfaktoren auf den Systemfrequenzgang erläutert.

Fig. 2 zeigt einen exemplarischen Kopfhörer 10 in Kombination mit einem Ohr 30.

Aufseiten des Kopfhörers 10 sind zwei wesentliche Einflussfaktoren zu nennen. Zum einen kann die Membran 12m des Schallwandlers 12 unterschiedlich ausgebildet sein, so dass es hier bereits bei der Schallemission zu Frequenzgangabweichungen kommt, die ausge glichen werden können. Zur Ermittlung dieser Einflussfaktoren kann ein Modell des Laut sprechers, z. B. ein Lumped-Parameter-Modell bzw. ein ML- Modell (Machine-Learning- Modell) verwendet werden. Einen weiteren Einfluss auf den Systemfrequenzgang hat die Schallführung 14s des Gehäuses 14. Diese stellt eine akustische Last für den Schallwand ler 12 dar und verändert den Systemfrequenzgang. Die Schallführung kann mittels eines Modells derselben, z. B. auf Lumped-Parameter-Basis oder auf ML-Basis moduliert wer den.

Ein weiterer Einflussfaktor stellt das Ohr 30 dar. Hier sind insbesondere die zwei entschei denden Elemente Gehörgang 30g und Trommelfell 30t zu nennen. Beide haben Einfluss auf den Systemfrequenzgang, ausgehend von der durch diese erzeugten akustischen Leis tungen. Eine Nachmodulierung ist mit entsprechenden Modellen, z. B. auf Lumped-Para- meter-Basis möglich.

Einen weiteren Einfluss hat das Zusammenspiel zwischen Kopfhörer 10 und Ohr 30 und insbesondere mögliche Leckagen zwischen der Schallführung 14s und dem Gehörgang 30g. Diese Leckage ist ebenfalls mittels Lumped-Parametern modulierbar.

Ausgehend von diesen Modellen kann ein Systemmodell bestimmt werden. Das System modell umfasst beispielsweise: o Modell des Lautsprechers / (Schall-)Senders (z. B. Lumped Parameter, ML etc.) o Modell der Schallführung / internen Schallübertragung (z. B. Lumped Parame ter, ML etc.) o Modell einer (externen) Störung, z.B. Modell der Leckage (z.B. Lumped Para meter, ML etc.) o Modell einer externen Schallübertragung, z.B. Modell des Gehörgangs (z. B. Lumped Parameter, ML etc.) o Modell eines (externe) (Schall-)Empfängers, z.B. Modell des Trommelfells (z. B. Lumped Parameter, ML etc.)

Wie anhand der Einzelmodelle zu erkennen ist, werden in dem Systemmodell sowohl in terne als auch externe Modellparameter verwendet. D.h. also, dass entsprechen Ausfüh- rungsbeispielen das Systemmodell ein Modell zur Modellierung interner Einflussgrößen (in ternes Modell) und/oder ein Modell zur Modellierung externe Einflussgrößen (externes Mo dell) umfasst. Das interne Modell umfasst beispielsweise ein Modell des Senders oder der Kopfhörer-internen Schallübertragung/Schaltführung, während das externe Modell zur Mo dellierung von externen Störungen, einer externen Übertragung (vergleiche Gehörgang) o- der eines externen Empfängers (vergleiche Trommelfell) dient. Vorteilhafter Weise können mit dem oben erläuterten Prinzip der Verwendung des Schallwandlers als Sensor sowohl Eingangsgrößen für ein internes Modell als auch für ein externes Modell bestimmt (sensiert) werden.

Auf Basis dieses adaptiven/nachgeführten Systemmodells ist eine Vorhersage des Fre quenzgangs (Systemfrequenzgangs des Kopfhörers im Betrieb möglich).

Das adaptive Nachführen erfolgt über die erhaltenen Messwerte. Hierzu wird beispiels weise ein Algorithmus zur Bestimmung bestimmter definierter Modellparameter aus der ge messenen Spannung und dem gemessenen Strom (also der Eingangsimpedanz des Schallwandlers) verwendet. Dieser führt ein Fitting der Impedanzkurve von Modell und Mes sung durch, wie z. B. in [1] im Zusammenhang mit Lautsprechern unter Verwendung des Lumped-Parameter-Modells beschrieben ist. Hierbei kann das Fitting bereits vor dem Be trieb, d. h. also auf Basis von aktuellen Messwerten oder ohne aktives Signal oder Mess werten bei einer Kalibrierung durchgeführt werden oder aber auch während des Betriebs, z. B. zur Nachführung der Modelle bzw. des Systemmodells.

Ausgehend von diesem Fitting kann dann ein Anpasssignal abgeleitet werden, mittels wel chen beispielsweise ein Filterelement abgestimmt wird. Das Filterelement ist in Fig. 1 als optionales Element 24 in der Feedback-Schleife dargestellt und dient eben zur Adaptierung des Audiosignals/Steuersignals. Insofern schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein In-Ear-Kopfhörer-Design 10 mit einem Schallwandler 12 und einem auf den Schallwandler 12 abgestimmten Filterelement 24 mit gezieltem Übertragungsfrequenz gang, wobei der gezielte Übertragungsfrequenzgang durch die Signalverarbeitungsmittel angepasst wird.

Nachfolgend wird auf das Systemmodell umfassend die Einzelmodelle und insbesondere auf das „Fitten“ der einzelnen Modelle genauer eingegangen. Entsprechend Ausführungsbeispielen werden die unterschiedlichen Modelle in unterschied lichen Nutzungsszenarien ermittelt. Zum Beispiel kann der Gehörgang 30g und die Leckage im Ohr, d. h. also bei Nutzung des Hörers 10 im Ohr 30 gemessen werden. Die mechani schen Lautsprecher-Parameter können entsprechend Ausführungsbeispielen sowohl im Ohr als auch ohne Ohr gemessen werden.

Die mechanischen Lautsprecherparameter können entsprechend Ausführungsbeispielen sowohl im Ohr als auch ohne Ohr gemessen werden. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der mechanischen Lautsprecherparameter mittels zwei Messungen in zwei unterschiedlichen Nutzungsszenarien, ausgehend von welchen unterschiedliche Lasten vorherrschen, also z. B. einmal außerhalb des Ohrs und einmal in einer Ladestation. Um hier die Modelle entsprechend anzupassen, kann dem Kopfhörer das entsprechende Nutzungsszenario mitgeteilt werden oder dieser kann mit Mitteln zur Erkennung des Nutzungsszenarios ausgestattet sein. Mögliche Nutzungsszenarien sind (Kopfhörer im Ohr, außerhalb des Ohrs, in einer Ladestation (bei kabelloser Variante)), etc. Nach Erkennung des Nutzungsszenarios werden dann entsprechend Ausführungsbeispie len gezielte Parameter des Systemmodells bzw. einzelner Modelle berechnet.

Aus dem resultierenden Systemmodell wird dann der resultierende Frequenzgang am Trommelfell 30t vorhersagbar, z. B. durch: o die direkte Berechnung des Frequenzgangs aus Lumped-Parameter-Mo- dellen [1 , 2] o die Berechnung des Frequenzgangs aus (akustischen) Übertragungs- Matrix- Modellen [3] o die Vorhersage des Frequenzgangs aus einfachen parametrischen Ansät zen [4] o die Vorhersage des Frequenzgangs aus entsprechend trainierten Ma- chine-Learning-Modellen o eine beliebige Kombination der oben genannten Methoden

Durch die Modulierung des Systemfrequenzgangs kann dann unter Berücksichtigung eines Zielfrequenzgangs, z. B. eines vom Nutzer vorgegebenen Zielfrequenzgangs eine adaptive Anpassung erfolgen. Diese Anpassung ist im Detail in Fig. 3 erläutert. Fig. 3 zeigt einen Schallwandler 12, der mit einem Steuersignal bzw. Audiosignal 16 betrie ben wird. Das Audiosignal 16 wird durch einen sogenannten „Feed-Forward Processor“ (z. B. einen adaptiven EQ) 24 bearbeitet. Dieser EQ 24 passt den aktuellen Frequenzgang an den Zielfrequenzgang 25, der als Input dem EQ 24 vorliegen kann, an. Hierbei wird das Audiosignal 16 durch den Feed-Forward Processor 24 bearbeitet, so dass das Signal 16‘ resultiert, in welchem dann der Schallwandler 12 betrieben wird.

Am Schallwandler 12 erfolgt eine Messung, z. B. eine Strom- oder Spannungsmessung, wie hier mit dem Pfeil 20 dargestellt ist. Die Messergebnisse werden in der Einheit 22 be arbeitet. Diese Einheit 22 umfasst einmal das Systemmodell 22m, das mittels des Summie rungselements 22s dahin gehend verglichen wird, ob das vorliegende Systemmodell 22m entsprechend gut an die aktuellen Messwerte (vgl. Bezugszeichen 20) gefittet ist. Wenn das nicht so ist, erfolgt eine Anpassung des Systemmodells, wie mit dem Pfeil 22a ange deutet ist. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass neben den Messwerten (vgl. Bezugs zeichen 20) am Schallwandler 12 auch das Audiosignal 16‘ für das Systemmodell 22m als Eingangsparameter bzw. zu berücksichtigenden Parameter verwendet werden kann.

Da, wie oben bereits erläutert, in optionaler Weise unterschiedliche Modelle in das System modell einfließen können und diese unterschiedlichen Modelle in unterschiedlichen Nut zungsszenarios gefittet werden, kann eine optionale Einheit 23 zur Erkennung des Nut zungsszenarios vorgesehen sein. Diese Einheit 23 erkennt das Nutzungsszenario bei spielsweise ausgehend von dem Audiosignal 16‘ oder den Messwerten der Messeinheit 20.

Ein entsprechend in den einzelnen Nutzungsszenarien oder bei einem Nutzungsszenario gefittetes Systemmodell 22m wird dann in den Frequenzgangschätzer 22f übermittelt, der den Systemfrequenzgang, der durch den Schallwandler 12 in der aktuellen Situation er zeugt wird, schätzt. Dieser Systemfrequenzgang wird dann mit dem Zielfrequenzgang 25 abgeglichen, um hier eine Annäherung von Systemfrequenzgang an Zielfrequenzgang durchzuführen. Die entsprechende Signalbearbeitung des Audiosignals 16 zu dem Audio signal 16‘ erfolgt dann über den Prozessor 24. Dieser ist, wie dargestellt, mit den zwei Ein heiten Zielfrequenzgang 25 und Frequenzgangschätzer des Systemfrequenzgangs 22t ver bunden, so dass aus dem Systemfrequenzgang und dem Zielfrequenzgang beispielsweise ein adaptiver Filter (FIR, IIR, graphischer Equalizer, parametrischer Equalizer) berechnet werden kann, die dann das Gesamtsystem auf den Zielfrequenzgang 25 fitten (vgl. z. B. [5]). Auch wenn in den obigen Ausführungsbeispielen meistens davon ausgegangen wurde, dass es sich hier um einen In-Ear-Kopfhörer handelt, sei an dieser Stelle festgehalten, dass das System auf alle Arten von Kopfhörern, In-Ear-Kopfhörer, Hearables, Hörgeräte ange wendet werden kann. Auch ist eine Verwendung im Zusammenhang mit MEMS- Lautsprechern oderSmartphone-Lautsprechern (Mikrospeaker) denkbar. MEMS-Mikrofone sind weitere Einsatzgebiete. Es sei nochmal betont, dass im Sinne der Anmeldung hier verschiedene Arten von Kopfhörern zu verstehen sind, z.B. Hörgeräte, Hearables oder alle anderen Kopfgetragenen Elemente, die Schall emittieren können.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfah rens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein ent sprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfah rensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hard ware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Compu ter oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispie len können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Er findung 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 Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwir ken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Des halb 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 programmier 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 da hingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm produkt 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 maschinen lesbaren Träger gespeichert ist.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin be schriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ab läuft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträ ger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufge zeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Me dium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nicht-vorüberge hend.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Daten strom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, trans feriert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfigu riert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro gramm 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 Vorrich tung 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 (bei spielsweise 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 durchzu führen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell ersetzbare Hard ware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung ei ner Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.

Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschrie benen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Com puterprogramm) implementiert sein.

Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hard ware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Vari ationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz- umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsen tiert wurden, beschränkt sei.

Zitate

[1] Seidel, Ulf and Wolfgang Klippel. „Fast and Accurate Measurement of the Linear Trans ducer Parameters", 2001. Online unter https:l/www. klippel. delfi/eadminlkli pp e//Files/Kncw Hcw!Literature/Pa p ers/Fast and Accurate Li near Parameter Measure ment 01. pdf (13.02.2020)

[2] John Borwick. „Lcudspeaker and Headphcne Handbeek", Focal Press, 2001

[3] Huiqun Deng and Jun Yang. „Estimating ear canal gecmetry and eardrum reflecticn ccefficient frcm ear canal input impedance", 2016 IEEE International Conference on Acous- tics, Speech and Signal Processing (ICASSP), Shanghai, 2016

[4] Javier G6mez Bolarios and Ville Pulkki. „Estimaticn cf pressure at the eardrum in mag- nitude and phase fcr headphcne equaiizaticn using pressure-veiccity measurements atthe ear canal entrance", 2015 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics

[5] J. Rämö, V. Välimäki, and B. Bank. „High-Precision Parallel Graphie Equalizer ", IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech and Language Processing, Val. 22, No. 12, pp. 1894-1904, December 2014

Claims

Patentansprüche

1. Kopfhörer (10) mit folgenden Merkmalen: einem Schallwandler (12), der ausgebildet ist, um basierend auf einem elektrischen Steuersignal (16) ein akustisches Signal (18) zu emittieren;

Messmittel (20), die ausgebildet sind, eine elektrische Messung an dem Schall wandler (12) durchzuführen, um ein Messsignal zu erhalten; und

Signalverarbeitungsmittel (22), die ausgebildet sind, in Abhängigkeit von dem Mess signal das elektrische Steuersignal (16) für den Schallwandler (12) anzupassen.

2. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 1 , wobei die Messung eine Strommessung an dem Schallwandler (12) und/oder eine Spannungsmessung an dem Schallwandler (12) und/oder eine Impedanzmessung oder Kapazitätsmessung an dem Schallwandler (12) umfasst, und/oder wobei das Messsignal ein Strom- und/oder Spannungs und/oder Impedanzsignal und/oder Kapazitätssignal umfasst.

3. Kopfhörer (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalverarbei tungsmittel (22) ausgebildet sind, um auf Basis eines Modells (22m) und/oder Lum- ped-Parameter-Modells und/oder Machine-Learning-Modells das elektrische Steu ersignal (16) anzupassen.

4. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 3, wobei ein Strom- und/oder Spannungs- und/oder Impedanzsignal als Eingangsparameter für das Modell (22m) und/oder Lumped-Pa- rameter-Modell dient und ein Rückschluss auf den am Schallwandler (12) vorherr schenden Frequenzgang zulässt; und/oder wobei eine Anpassungsfunktion (z. B. über mehrere Frequenzbereiche) als Aus gangsparameter des Modells (22m) und/oder Lumped-Parameter-Modells dient, wobei die Anpassfunktion eine Anpassung des ermittelten bzw. vorherrschenden Frequenzgangs an einen Zielfrequenzgang (25) ermöglicht.

5. Kopfhörer (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalverarbei tungsmittel (22) ein adaptives Filter (24) umfassen, das in Abhängigkeit von dem Messsignal angepasst wird.

6. Kopfhörer (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalverarbei tungsmittel (22) die Anpassung auf Basis eines Systemmodells durchführen, wobei das Systemmodell zumindest zwei Einzelmodelle umfasst.

7. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 6, wobei die zwei Einzelmodelle aus der Gruppe der Modelle (22m) stammen, die folgende Modelle (22m) umfassen:

Modell (22m) des Lautsprechers und/oder eines Senders; und/oder Modell (22m) der Schallführung und/oder einer internen Schallübertra gung;

8. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die zwei Einzelmodelle aus der Gruppe der Modelle (22m) stammen, die folgende Modelle (22m) umfassen:

Modell (22m) der Leckage und/oder einer Störung;

Modell (22m) des Gehörgangs und/oder einer externen Schallübertra gung; und/oder

Modell (22m) des Trommelfells und/oder eines Schallempfängers.

9. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 6, 7 oder 8, wobei je Einzelmodelle zumindest ein Eingangsparameter mittels der Messmittel (20) ermittelt werden.

10. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 9, wobei ein erster von mehreren Eingangspara metern für ein erstes Einzelmodell während eines ersten Nutzerszenarios ermittelt wird und wobei ein zweiter von mehreren Eingangsparameter für ein zweites Ein zelmodell während eines zweiten Nutzerszenarios ermittelt wird.

11. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 10, wobei der zweiter Eingangsparameter während des ersten und zweiten Nutzerszenarios ermittelt wird.

12. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei das erste Nutzerszenario das Tragen des Kopfhörers (10) im Ohr beinhaltet; und/oder wobei das zweite Nutzerszenario das Befinden des Kopfhörers (10) außerhalb des Ohrs oder innerhalb der Ladestation beinhaltet.

13. Kopfhörer (10) gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, wobei der Kopfhörer (10) Mittel zur

Erkennung eines Nutzerszenarios (23) umfasst.

14. Verfahren zum Betreiben eines Kopfhörers (10) mit einem Schallwandler (12), der ausgebildet ist, basierend auf einem elektrischen Steuersignal (16) ein akustisches Signal (18) zu emittieren, mit folgenden Schritten:

Durchführen einer elektrischen Messung an dem Schallwandler (12), um ein erstes Messsignal zu erhalten; und Anpassen in Abhängigkeit von dem Messsignal des elektrischen Steuersignals (16) für den Schallwandler (12).

15. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Computerprogramm auf einem Prozessor abläuft.