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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Audioausgabevorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Zu der Erfindung gehört auch eine Audioausgabevorrichtung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Audioausgabevorrichtung.
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Es kommt während der Fahrt mit einem Kraftfahrzeug immer wieder zu Situationen, in denen beispielsweise Musik oder ein laufendes Radioprogramm, welche oder welches von einer Audioausgabevorrichtung, einem sogenannten Infotainment-System, wiedergegeben wird, von Umgebungsgeräuschen außerhalb des Kraftfahrzeugs oder Störgeräuschen im Innenraum Kraftfahrzeug übertönt werden, sodass die Musik oder das laufende Radioprogramm nur noch schwer wahrnehmbar ist. Häufig ist es dann erforderlich, dass die Lautstärke der Audioausgabevorrichtung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs oder ein Beifahrer des Kraftfahrzeugs händisch eingestellt werden muss. Das kann zu einer erheblichen Ablenkung des Fahrers des Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr führen und damit eine Sicherheit im Straßenverkehr gefährden.
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Um die Lautstärke des Infotainment-Systems nicht händisch nachregeln oder einstellen zu müssen, ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, die Lautstärke des Infotainment-Systems über die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs anzupassen. Eine derartige Anpassung der Lautstärke wird auch als geschwindigkeitsabhängigen Lautstärkeanpassung (Abkürzung GALA) bezeichnet. Zur Lautstärkeanpassung des Infotainment-Systems ist dieses mit dem Tachometer des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Dadurch können Störgeräusche, wie beispielsweise Windgeräusche des Fahrtwindes bei hohen Geschwindigkeit, kompensiert werden.
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Diese Methode kompensiert lediglich Störgeräusche auf Basis einer zuvor bestimmten Kompensationskurve. Diese Kurve wird einmalig bei der Fahrzeugentwicklung gemessen und ist somit statisch, das heißt es findet keine Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten im Betrieb des Kraftfahrzeugs statt. Es können so weder Streuungen zwischen Fahrzeugen abgebildet werden, noch Veränderungen, die sich bedingt über den Lebenszyklus eines Kraftfahrzeuges ergeben, zum Beispiel durch den Wechsel auf andere Reifen oder verschleißbedingte Fahrgeräuschänderungen, beispielsweise aus dem Antriebsstrang. Auch eine Anpassung auf veränderte Fahrbahnverhältnisse, die sogenannten Rollgeräusche, oder Windverhältnisse, das heißt Windgeräusch durch zum Beispiel das Öffnen oder Schließen der Fenster, findet somit nicht statt.
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In der
DE 33 22 055 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum selbststätigen Anpassen der Lautstärke eines Lautsprechers an einen am Lautsprecherort herrschenden Störgeräuschpegel beschrieben. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Lautsprecher, ein Mikrofon, einen Lautstärkeregler und eine Summierschaltung. Das Mikrofon ist dazu eingerichtet, das Lautsprechersignal des Lautsprechers und ein Störgeräusch im Fahrgastraum zu erfassen. Die Summierschaltung ist dazu eingerichtet, die Eingangsspannung und die Lautsprechereingangsspannung gegensinnig zu addieren. Aus den gegensinnig addierten Spannungen ergibt sich am Ausgang der Summierschaltung eine Differenzspannung, aus der eine Stellgröße für den Lautstärkeregler abgeleitet wird, die den Lautstärkeregler entsprechend einstellt.
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Anstelle die Lautstärke eines Infotainment-Systems anzupassen, also ausgehende Audiosignale einzustellen, gibt es auch die Möglichkeit eingehende Signale, beispielsweise bei der Spracherkennung anzupassen.
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Hierzu schlägt die
DE 10 2014 210 760 A1 einen Betrieb einer Kommunikationsanlage vor. Zum Betrieb einer Kommunikationsanlage in einem Fahrzeug wird an einer ersten Signaldetektionseinrichtung ein erstes Eingangssignal erfasst, welches ein Sprachsignal eines Sprechers umfasst. Ein darauf basierendes Ausgangssignal wird mittels der Kommunikationsanlage an einen Empfänger versendet. Dabei wird für das Ausgangssignal zumindest ein Optimierungswert bezüglich zumindest eines Optimierungskriteriums ermittelt. In Abhängigkeit von dem Optimierungswert wird eine Sprachoptimierungsanzeige für den Sprecher angesteuert.
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In der
DE 10 2015 117 380 A1 ist ein Verfahren zur selektiven Geräuschunterdrückung während einer automatischen Spracherkennung beschrieben. Das Verfahren betrifft die Front-End-Verarbeitung eines Audiosignals. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Vielzahl von Frames mit Stimme des Audiosignals identifiziert. Anschließend wird ermittelt, ob einer oder mehrere der Vielzahl von Frames mit Stimme einen Signal-Rausch-Wert (SNR-Wert) aufweist oder aufweisen, der größer als ein erster vorbestimmter Schwellenwert. Schließlich erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt basierend auf der Ermittlung das Umgehen einer Geräuschunterdrückung für den einen oder die mehreren der Vielzahl von Frames mit Stimme.
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In der
WO 2014/138758 A2 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Sprachverständlichkeit eines Audiosignals beschrieben, das aus einem Gemisch aus Störgeräuschen und Sprachsignalen besteht. Die Sprachverständlichkeit wird dabei durch Verminderung der Lautstärke der Störgeräusche erreicht. Zur Aufnahme der des Audiosignals werden zumindest zwei Mikrofonkanäle verwendet, welche das Audiosignal an eine Auswerteeinheit weiterleiten, in der das Störgeräusch auf elektronischem Weg minimiert wird und das erzeugte Sprachsignal von der Kommunikationsanlage über eine Ausgabeeinheit wiedergegeben wird.
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Derartige Verfahren zur Erhöhung der Sprachverständlichkeit sind lediglich dazu ausgelegt, eingehende Audiosignale auszuwerten und aufzubereiten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Audioausgabevorrichtung sowie eine Audioausgabevorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Lautstärke der Audioausgabevorrichtung automatisch in Abhängigkeit von aktuellen Gegebenheiten im Kraftfahrzeug oder außerhalb des Kraftfahrzeugs angepasst wird.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Audioausgabevorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird ein Audiosignal mittels einer Ausgabeeinrichtung der Audioausgabevorrichtung ausgegeben. Ferner wird ein akustischen Signals in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels einer Erfassungseinrichtung im Betrieb des Kraftfahrzeugs erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Differenzwert aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal mittels einer Steuereinrichtung bestimmt. Der bestimmte Differenzwert wird dann als ein erster Schwellwert festgelegt. Nach dem Festlegen des ersten Schwellwertes wird ein aktueller Differenzwert aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal bestimmt und mit dem ersten Schwellwert verglichen. Wenn der aktuelle Differenzwert von dem ersten Schwellwert abweicht, wird ein Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung eingestellt. Mit anderen Worten wird mittels des Verstärkungsfaktors das Audiosignal angepasst. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird sichergestellt, dass die Einstellung des ausgegebenen Audiosignals automatisch erfolgt. Somit ist kein Eingriff mehr durch den Fahrer notwendig, um das ausgegebene Audiosignal auf veränderte Fahrbedingungen einzustellen.
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Es ist also gerade erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Audiosignal oder ein akustisches Geräusch mittels einer Ausgabeeinrichtung wiedergegeben wird. Beispielsweise kann als Audiosignal ein Klang oder Ton oder eine akustische Äußerungen oder akustische Laute wiedergegeben werden. Dieses Audiosignal wird bevorzugt an den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgegeben. Gerade im Betrieb des Kraftfahrzeugs kann es vorkommen, dass neben dem ausgegebenen Audiosignal noch weitere Geräusche im Kraftfahrzeuginnenraum vorherrschen. Derartige Geräusche sind zum Beispiel Fahrgeräusche, insbesondere ein Rollgeräusch der Reifen oder ein Geräusch des Antriebsstrangs, oder Geräusche, welche aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs in den Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangen, wie zum Beispiel ein Windgeräusch durch den Fahrtwind. Diese Geräusche können auch als Störgeräusch bezeichnet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es so, dass ein akustisches Signal in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels einer Erfassungseinrichtung erfasst wird. Das erfasste akustische Signal setzt sich dabei insbesondere zusammen aus dem Störgeräusch und dem ausgegebenen Audiosignal.
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Aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal wird dann, beispielsweise durch eine Berechnungseinrichtung, ein Differenzwert bestimmt. Dieser Differenzwert wird als erster Schwellwert mittels der Steuereinrichtung festgelegt. Der Schwellwert kann einem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt werden. Sobald der erste Schwellwert festgelegt ist, wird durch die Erfassungseinrichtung ein aktuelles Audiosignal, welches durch die Ausgabeeinrichtung wiedergegeben wird, und ein aktuelles akustisches Signal kontinuierlich erfasst und ausgewertet. Bei dem Audiosignal und dem aktuellen Audiosignal handelt es sich bevorzugt jeweils um ein Audiosignal, welches durch die Ausgabeeinrichtung ausgegeben wird jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Bei dem akustischen Signal und dem aktuellen akustischen Signal handelt es sich bevorzugt jeweils um ein Signal, welches durch die Erfassungseinrichtung erfasst wird jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Aus dem aktuellen Audiosignal und dem aktuellen akustischen Signal kann die Berechnungseinrichtung kontinuierlich einen aktuellen Differenzwert ermitteln oder berechnen. Die Steuereinrichtung kann daraufhin kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen den aktuellen Differenzwert mit dem ersten Schwellwert vergleichen. Stimmt der aktuelle Differenzwert nicht mit dem Schwellwert überein, so liegt eine Abweichung vor. Sobald durch die Steuereinrichtung eine Abweichung erfasst wird, kann die Steuereinrichtung die Ausgabeeinrichtung derart ansteuern, dass das Audiosignal eingestellt wird. Zum Einstellen des Audiosignals kann die das Audiosignal mit einem Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung eingestellt oder variiert werden. Das Audiosignal kann dabei solange angepasst werden, bis der aktuelle Differenzwert mit dem ersten Schwellwert übereinstimmt.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein zweiter Schwellwert festgelegt wird, wobei der Audiowert des Audiosignals an den zweiten Schwellwert angepasst wird, wenn die Abweichung zwischen dem aktuellen Differenzwert und dem ersten Schwellwert einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der zweite Schwellwert umfasst bevorzugt, wie auch der erste Schwellwert, einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes. Der zweite Schwellwert kann durch die Steuereinrichtung bestimmt und festgelegt werden. Ferner kann der zweite Schwellwert dem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Der zweite Schwellwert kann mit Hilfe des ersten Schwellwertes bestimmt werden. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, aus den ersten Schwellwerten, wobei der erste Schwellwert für jede Fahrt des Kraftfahrzeugs festgelegt wird, einen Mittelwert zu bilden. Der zweite Schwellwert kann also einen zum ersten Schwellwert verschiedenen Wert des Signal-zu-Rausch-Abstandes festlegen. Bei dem zweiten Schwellwert handelt es sich also bevorzugt um einen Langzeitschwellwert. Da der zweite Schwellwert einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes festlegt, kann der Schwellwert auch als Langzeit SNR oder Long-Term-SNR (kurz LTSNR) bezeichnet werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zum Bestimmen eines Differenzwertes aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal das ausgegebene Audiosignal berechnet wird, wobei bei der Berechnung des ausgegebenen Audiosignals ein Quellsignal und der Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die Berechnung mittels einer Berechnungseinrichtung der Ausgabeeinrichtung durchgeführt werden. Mit Quellsignal ist insbesondere ein elektrisches Signal gemeint, das akustische Informationen transportiert. Beispielsweise kann es sich bei dem Quellsignal um ein Musiksignal oder ein Telefonsignal oder ein Sprachsignal handeln. Der Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung kann beispielsweise durch Informationen über Klang- und/oder Lautstärkeeinstellungen bestimmt werden.
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Besonders bevorzugt kann zur Berechnung des ausgegebenen oder auszugebenden Audiosignals eine Fourier Transformation, insbesondere eine Kurzzeit-FFT (Fast Fourier Transformation), verwendet werden. Zum Beispiel kann aus aktuell anliegenden Musik- oder Telefon- oder Sprachsignal und den Informationen über Klang- und/oder Lautstärkeeinstellungen der Ausgabeeinrichtung eine pegelkorrekte Kurzzeit-FFT berechnet werden. Die Berechnung des aktuellen Audiosignals kann nach vorbestimmten Zeitabständen, beispielsweise nach 250 ms, erfolgen. Durch die Berechnung des Audiosignals kann auf besonders zuverlässige Art und Weise der aktuelle Differenzwert bestimmt werden.
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Das erfasste akustische Signal kann, wie auch das Audiosignal, ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweisen. Die Signalverarbeitungseinrichtung oder Berechnungseinrichtung ist dazu eingerichtet, das Signal der Erfassungseinrichtung mittels einer Fourier Transformation, insbesondere eine Kurzzeit-FFT (Fast Fourier Transformation), zu berechnen. Besonders bevorzugt kann das akustische Signal synchron zur Berechnung des Audiosignals erfasst oder bestimmt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als erster Schwellwert ein erster Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes festgelegt wird. Mit anderen Worten bildet der bestimmte Differenzwert einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes (SNR, engl. Signal-to-Noise Ratio). Der Signal-Rausch-Abstand ist insbesondere ein Maß für die Stärke des Signals relativ zum Hintergrund-Rauschen. Das Verhältnis, also der Signal-zu-Rausch-Abstand, wird bevorzugt in Dezibel angegeben. Entsprechend ist auch bevorzugt der aktuelle Differenzwert des Audiosignals und des erfassten akustischen Signals ein Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes. Mit anderen Worten kann der aktuelle Differenzwert einen aktuellen SNR-Wert darstellen. Diese Differenz oder der aktuelle Differenzwert wird insbesondere mit dem Schwellwert verglichen. Bei einer Abweichung des aktuellen Differenzwertes wird bevorzugt ein Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung eingestellt. Mit anderen Worten kann bei einer erfassten Abweichung die Lautstärke der Ausgabeeinrichtung angepasst werden.
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In vorteilhafter Weise wird der erste Schwellwert festgelegt, wenn der Differenzwert für eine vorbestimmte Zeitspanne konstant bleibt. Mit anderen Worten wird ein Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes festgesetzt, wenn sich der berechnete Wert über die vorbestimmte Zeitspanne konstant oder nahezu konstant bleibt, d.h. insbesondere um ein vorbestimmtes Maß nicht von dem berechneten Wert des Signal-zu-Rausch-Abstandes abweicht. Eine solche Situation kann vorliegen, wenn sich die Geräuschkulisse im Fahrzeuginnenraum für eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise zwischen 2 Sekunden und 10 Sekunden, nicht ändert. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Schwellwert auch festgelegt werden, wenn oder sobald die Steuereinrichtung ein Stellsignal empfängt oder erfasst. Das Stellsignal kann beispielsweise erzeugt werden, wenn ein Fenster des Kraftfahrzeugs geöffnet wird.
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Besonders bevorzugt kann dieser erste Schwellwert für jede Fahrt mit dem Kraftfahrzeug neu festgelegt werden. Mit anderen Worten wird der erste Schwellwert für jede Fahrt des Kraftfahrzeugs bevorzugt neu festgelegt. Die einzelnen Fahrten des Kraftfahrzeugs können einen anderen ersten Schwellwert aufweisen. Bevorzugt werden also mehrere erste Schwellwerte dem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt. Bei dem ersten Schwellwert handelt es sich also insbesondere um einen Kurzzeitschwellwert oder kurzzeitigen Schwellwert. Da der erste Schwellwert einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes festlegt, kann der Schwellwert auch als Kurzzeit SNR oder Short-Term SNR (kurz STSNR) bezeichnet werden. In vorteilhafter Weise kann aus dem aktuellen Differenzwert kontinuierlich oder laufend über Mittelung oder Mittelwertbildung, insbesondere ab Beginn einer aktuellen Fahrt des Kraftfahrzeugs, der Wert für den ersten Schwellwert oder das Short-Term-SNR ermittelt werden.
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Um die Genauigkeit bei der Bestimmung des ersten Schwellwertes zu erhöhen kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass beim Festlegen des ersten Schwellwertes weitere Daten berücksichtigt werden. Beispielsweise können bei der Bestimmung des ersten Schwellwertes Sensordaten oder Signale von Einrichtungen des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Wird beispielsweise ein Fenster des Kraftfahrzeug geöffnet, so kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, das Öffnen des Fensters zu erfassen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Stellsignal empfangen, was das Öffnen des Fensters signalisiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Ausgabeeinrichtung mehrere Lautsprecher umfasst, welche in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs verteilt angeordnet sind. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Verstärkungsfaktor des jeweils mit dem Verstärkungsfaktor beaufschlagten Audiosignals, welches durch die jeweiligen Lautsprecher ausgegeben wird, für jeden Lautsprecher unabhängig voneinander zu variieren. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, jeden Lautsprecher einzeln anzusteuern, um das auszugebende Audiosignal jedes Lautsprechers einzustellen.
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In vorteilhafter Weise kann die Erfassungseinrichtung mehrere Mikrofone umfassen, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, für jedes der Mikrofone den aktuellen Differenzwert in Abhängigkeit von der Position der Mikrofone in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und die ermittelten Differenzwerte mit dem ersten Schwellwert zu vergleichen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, bei den jeweiligen Lautsprechern bei der Ausgabe des Audiosignals den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von einer Position der Lautsprecher in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs derart zu variieren, dass die erfassten Differenzwerte mit dem ersten Schwellwert übereinstimmen. Wenn zum Beispiel das Fahrerfenster geöffnet wird, wird a der Signal-zu-Rausch-Abstand in diesem Bereich schlechter. Durch die Ansteuerung der Lautsprecher in Abhängigkeit von deren Position im Innenraum des Kraftfahrzeugs kann dann der Lautsprecher auf der Fahrerseite eine größere Verstärkung haben als die restlichen. Mit anderen Worten können die Lautsprecher individuell angesteuert und die durch die jeweiligen Lautsprecher ausgegebenen Audiosignale mit individuellen Verstärkungsfaktoren beaufschlagt werden.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, ist durch die Erfindung auch eine Audioausgabevorrichtung bereitgestellt. Die Audioausgabevorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Ausgabeeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Audiosignal auszugeben. Die Ausgabeeinrichtung umfasst beispielsweise einen oder mehrere Lautsprecher. Bevorzugt ist der Lautsprecher oder sind die Lautsprecher in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Ferner umfasst die Audioausgabevorrichtung eine Erfassungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein akustisches Signal im Betrieb des Kraftfahrzeugs in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung umfasst beispielsweise ein oder mehrere Mikrophone. Bevorzugt ist das Mikrophon oder sind die Mikrophone in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Des Weiteren weist die Audioausgabevorrichtung eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen Differenzwert aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal zu bestimmen und den Differenzwert als einen ersten Schwellwert festzulegen. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, nach dem Festlegen des ersten Schwellwertes einen aktuellen Differenzwert aus dem ausgegebenen Audiosignal und dem erfassten akustischen Signal zu bestimmen und mit dem ersten Schwellwert zu vergleichen. Wenn der aktuelle Differenzwert von dem ersten Schwellwert abweicht, ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, einen Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung anzupassen, wenn der aktuelle Differenzwert von dem ersten Schwellwert abweicht. Ferner ist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß dazu eingerichtet, einen zweiten Schwellwert festzulegen, wobei das Audiosignal an den zweiten Schwellwert angepasst wird, wenn die Abweichung zwischen dem aktuellen Differenzwert und dem ersten Schwellwert einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Die Audioausgabevorrichtung kann in der beschriebenen Weise in einem Kraftfahrzeug realisiert sein. Entsprechend sieht die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Audioausgabevorrichtung vor. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und die erfindungsgemäße Audioausgabevorrichtung und umgekehrt.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Audioausgabevorrichtung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs;
- 2 ein Diagramm, welches schematisch ein Audiosignals und ein akustisches Signal über die Frequenz darstellt; und
- 3 ein Diagramm, welches schematisch einen ersten Schwellwertes, einen zweiten Schwellwert und einen Differenzwert über eine Frequenz darstellt.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Audioausgabevorrichtung 12, welche in einem Innenraum 14 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet ist. Bei dem Kraftfahrzeug 10 handelt es sich bevorzugt um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Die Audioausgabevorrichtung 12 kann bevorzugt als Infotainment-System des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet sein.
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Im Folgenden soll zusammen mit 2 und 3 das Verfahren zum Betreiben der Audioausgabevorrichtung 12 beschrieben werden.
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Die Audioausgabevorrichtung 12 weist eine Ausgabeeinrichtung 16 auf. Die Ausgabeeinrichtung 16 ist dazu eingerichtet, ein Audiosignal A auszugeben. Dazu weist die Ausgabeeinrichtung 16 eine Quelle 18 auf, welche ein Quellsignal Q an eine Endstufe 20 oder einen Verstärker der Ausgabeeinrichtung 16 ausgibt. In der Endstufe 20 wird das Quellsignal Q mit einem Verstärkungsfaktor beaufschlagt, bevor es an den Lautsprecher 22 der Ausgabeeinrichtung 16 übertragen wird. Die Ausgabeeinrichtung 16 kann auch mehrere Lautsprecher aufweisen. Ferner weist die Ausgabeeinrichtung 16 eine Berechnungseinrichtung 24 auf. Die Berechnungseinrichtung 24 ist dazu eingerichtet, das Quellsignal Q und den Verstärkungsfaktor auszuwerten. Aus den ausgewerteten Informationen des Quellsignals Q und des Verstärkungsfaktors kann die Berechnungseinrichtung 24 das Audiosignal A berechnen.
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Bei der Berechnung des Audiosignals A wird also das Quellsignal Q und der Verstärkungsfaktor der Endstufe 20 berücksichtigt. Mit Quellsignal Q ist insbesondere ein elektrisches Signal gemeint, das akustische Informationen transportiert. Beispielsweise kann es sich bei dem Quellsignal Q um ein Musiksignal oder ein Telefonsignal oder ein Sprachsignal handeln. Der Verstärkungsfaktor der Ausgabeeinrichtung 16 kann beispielsweise durch Informationen über Klang- und/oder Lautstärkeeinstellungen der Ausgabeeinrichtung bestimmt werden. Besonders bevorzugt kann zur Berechnung des ausgegebenen oder auszugebenden Audiosignals A eine Fourier Transformation, insbesondere eine Kurzzeit-FFT (Fast Fourier Transformation), verwendet werden. Das Audiosignal A kann beispielsweise in der Einheit dB oder V bestimmt werden.
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Die Audioausgabevorrichtung 12 weist ferner eine Erfassungseinrichtung 26 auf, welche dazu eingerichtet ist, ein akustisches Signal S aus dem Innenraum 14 des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Das erfasste akustische Signal S kann, wie auch das Audiosignal A, ausgewertet oder berechnet werden. Dazu kann das akustische Signal S einer weiteren Berechnungseinrichtung 28 zugeführt werden. Die weitere Berechnungseinrichtung 28 kann zur Berechnung des akustische Signal S eine Fourier Transformation, insbesondere eine Kurzzeit-FFT (Fast Fourier Transformation), verwenden. Das akustische Signal S kann beispielsweise in der Einheit dB oder V bestimmt werden.
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In 2 sind das erfasste akustische Signal S und das Audiosignal A dargestellt. Auf der x-Achse ist eine Frequenz f aufgetragen, auf der y-Achse ein Pegel P. Der Einfachheit halber ist hier der Pegel P des akustischen Signals S und des Audiosignals A über alle Frequenzen f der gleiche. In 2 ist zu erkennen, dass der Pegel P des akustischen Signals S über dem Pegel P des Audiosignals A liegt. Der Pegel P des akustischen Signals S sollte physikalisch bedingt nie leiser sein als der des Audiosignals A, da bei dem akustischen Signal, neben den Audiosignal A noch Störgeräusche, wie Antriebs- und/oder Roll- und/oder Windgeräusche einfließen.
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Das erfasste akustische Signal S setzt sich zusammen aus dem ausgegebenen Audiosignal A und einem Störsignal oder Störgeräusch im Innenraum 14 des Kraftfahrzeugs 10. Bei den Störgeräusch kann es sich beispielsweise um ein Geräusch eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs oder um ein Geräusch, welches durch die Reifen hervorgerufen wird, oder um ein Geräusch, welches durch ein offenes Fenster oder einen Fahrtwind hervorgerufen wird handeln. Das Störgeräusch kann also durch Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 und/oder durch Geräusche aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, welche in den Innenraum 14 des Kraftfahrzeugs 10 gelangen, hervorgerufen werden.
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Das berechnete Audiosignal A und das erfasste und berechnete akustische Signal S werden anschließend einer Steuereinrichtung 30 der Audioausgabevorrichtung 12 zugeführt. Die Steuereinrichtung 30 kann beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 30 ist daraufhin dazu eingerichtet, einen Differenzwert aus dem akustischen Signal S und dem Audiosignal A zu bilden.
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Die Steuereinrichtung 30 ist weiterhin dazu eingerichtet, zu erfassen, ob der bestimmte Differenzwert, insbesondere im Betrieb oder während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10, für eine vorbestimmte Zeitspanne konstant bleibt. Wird durch die Steuereinrichtung 30 erfasst, dass der Differenzwert innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne, von beispielsweise 5 Sekunden, konstant bleibt, so kann die Steuereinrichtung 30 diesen als ersten Schwellwert S1 festlegen. Der erste Schwellwert S1 wird bevorzugt bei jeder Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 10 neu festgelegt, das heißt die Audioausgabevorrichtung 12 führt die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte bei jeder Fahrt von neuem durch. Der erste Schwellwert S1 wird dann einem Speicher 32 der Steuereinrichtung 30 hinterlegt. Sobald der Schwellwert S1 festgelegt ist, wird das ausgegebene Audiosignal A und das akustische Signal kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen, von beispielsweise 250 ms, im Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 erfasst und berechnet. Die Steuereinrichtung 30 ist dann dazu eingerichtet, einen aktuellen Differenzwert D aus dem erfassten Audiosignal A und dem erfassten akustische Signal S zu bestimmen. Abschließend wird der aktuelle Differenzwert D mit dem ersten Schwellwert S1 verglichen.
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Erfasst die Steuereinrichtung 30 beim Vergleichen des aktuellen Differenzwertes D mit dem ersten Schwellwert S1 eine Abweichung, so ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, die Ausgabeeinrichtung 16 anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet sein, ein Signal an die Ausgabeeinrichtung 16 auszugeben. Daraufhin kann das Audiosignal A mit einem Verstärkungsfaktor beaufschlagt werden. Dadurch wird die Lautstärke des Audiosignals A erhöht. Die Ausgabeeinrichtung 16 wird solange angesteuert oder das Audiosignal solange eingestellt oder angepasst, bis der aktuelle Differenzwert D mit dem ersten Schwellwert S1 übereinstimmt.
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Der erste Schwellwert S1 und der aktuelle Differenzwert D beschreiben einen Signal-zu-Rausch-Abstandes. Mit anderen Worten bildet der aktuelle Differenzwert D und der erste Schwellwert S1 einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes (SNR, engl. Signal-to-Noise Ratio).
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In 3 sind der erste Schwellwert S1 und der aktuelle Differenzwert D dargestellt. Auf der x-Achse ist die Frequenz f aufgetragen, auf der y-Achse der Signal-zu-Rausch-Abstand SNR. In 3 ist die Abweichung des aktuellen Differenzwertes D von dem ersten Schwellwert S1 durch den Pfeil 34 dargestellt. Ferner ist in 3 ein zweiter Schwellwert S2 dargestellt.
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Der zweite Schwellwert S2 wird durch mittels der Steuereinrichtung 30 bestimmt und festgelegt. Der zweite Schwellwert S2 dient dazu, den Audiowert des Audiosignals A an den zweiten Schwellwert S2 anzupassen, wenn die Abweichung zwischen dem aktuellen Differenzwert D und dem ersten Schwellwert S1 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der zweite Schwellwert S2 wird als Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes bestimmt. Ferner kann der zweite Schwellwert S2 ist dem Speicher 32 der Steuereinrichtung 30 hinterlegt. Der zweite Schwellwert S2 kann mit Hilfe des ersten Schwellwertes S1 bestimmt werden. Die Steuereinrichtung 30 kann dazu eingerichtet sein, aus den ersten Schwellwerten, welche für jede Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 festgelegt werden, einen Mittelwert zu bilden. Der zweite Schwellwert S2 kann also einen zum ersten Schwellwert S1 verschiedenen Wert des Signal-zu-Rausch-Abstandes festlegen. Bei dem zweiten Schwellwert handelt es sich also um einen Langzeitschwellwert. Da der zweite Schwellwert S2 einen Wert eines Signal-zu-Rausch-Abstandes festlegt, kann der Schwellwert S2 auch als Langzeit SNR oder Long-Term-SNR (kurz LTSNR) bezeichnet werden.
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Insgesamt ist durch die Erfindung eine adaptive, SNR basierte Lautstärkeoptimierung im Fahrzeuginnenraum beschrieben.
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Das Konzept zum Betreiben der Audioausgabevorrichtung basiert also auf einer adaptiven und SNR-basierten Lautstärkeoptimierung im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Dazu kann die Erfassungseinrichtung Mikrofone, wie zum Beispiel Freisprech-Mikrofon, nutzen und deren aufgenommene Information über den aktuellen frequenzaufgelösten Lautstärke-Pegel als Referenz verwenden, um bei veränderten Fahrtbedingungen, wie beispielsweise bei geöffnetem Fenster, wieder das gleiche Referenz-SNR einzuregeln. Somit kann mit der Information des Referenz-SNR immer wieder, also adaptiv, bei geänderter Randbedingungen, wie beispielsweise einem sinkenden SNR, wieder auf das Referenz-SNR zurückgeregelt werden.
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Das System kann dazu mehrschichtig aufgebaut sein. Es gibt zwei Referenzwerte, long-term (LTSNR) und short-term (STSNR), die jeweils das vom Fahrer eingestellte Referenz-SNR für alle beziehungsweise für die aktuelle Fahrt speichern. Sobald Fenster geöffnet werden wird das STSNR fixiert und das aktuelle SNR bestimmt. Da durch das Öffnen des Fensters der Störanteil größer wird, wird das SNR schlechter oder niedriger. Dies kompensiert das System, indem es die Lautstärke frequenzselektiv solange anpasst, bis das STSNR wieder erreicht ist. Dies funktioniert mit allen Fenstern, somit jede Veränderung kompensiert werden. Zum Beispiel auch schlechte Straßen, die vorrübergehend zu einem erhöhten Störgeräuschanteil im Fahrzeuginnenraum führen. Beim Schließen eines oder mehrerer Fenster vollzieht sich der gleiche Schritt in umgekehrter Weise. Diesmal wird das SNR jedoch besser als das STSNR somit wird das Signal heruntergeregelt bis es wieder das STSNR erreicht hat. Der LTSNR wird verwendet, wenn der STSNR zu stark vom LTSNR abweicht und daher noch nicht stabil genug ist, durch zum Beispiel eine zu kurze Fahrtzeit.
