DE10013432C1 - Mikrofonanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrofonanordnung nahe einer Windschutzscheibe vor einem Fahrerplatz im Innenraum eines Kraftfahrzeuges. Dabei ist zumindest ein Mikrofon nahe des Unterbereiches der Windschutzscheibe oberhalb einer Instrumententafel oder dgl. in Hauptblickrichtung des Fahrers angeordnet, wobei die Sensitivitäts-Hauptsache des Mikrofons auf die Windschutzscheibe gerichtet sein kann, derart, daß vom Fahrer ausgehender Sprechschall von der Windschutzscheibe nach abwärts in Richtung des Mikrofons reflektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrofonanordnung nahe einer Windschutzscheibe vor einem Fahrerplatz im Innenraum eines Kraftfahrzeuges.

Telefonanlagen in Kraftfahrzeugen sollten eine Freisprechanlage aufweisen, so daß der Fahrer während eines Telefonates seine Hände für die Bedienung des Kraftfahrzeuges frei zur Verfügung hat. Bei im Fahrzeug stationär eingebauten Freisprechanlagen ist das Mikrofon üblicherweise oberhalb der Windschutzscheibe etwa in deren Mitte angeordnet, und zwar in der Regel an bzw. in der Halterung eines im Fahrzeuginnenraum angeordneten Rückspiegels zur Beobachtung des Verkehrsgeschehens hinter dem jeweiligen Fahrzeug. Beispielsweise ist aus der WO 98/00926 ein an einem Rückspiegel angeordnetes Mikrofon bekannt.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, das vorgenannte Mikrofon nicht nur zur Sprachübermittlung bei einem Telefonat zu nutzen. Vielmehr kann das Mikrofon auch zur Sprachbedienung der Telefonanlage, beispielsweise zur Anwahl eines Telefonanschlusses eines gewünschten Gesprächspartners, und/oder zur Sprachbedienung weiterer Geräte im Fahrzeug verwendet werden, beispielsweise zur Bedienung eines Navigationssystems oder eines Radios od. dgl. Dazu ist beispielsweise aus der DE 43 20 976 A1 bekannt, ein Mikrofon im Gesprächsbereich des Fahrers direkt gegenüber nahe der Windschutzscheibe, z. B. am Lenkrad oder am Armaturenbrett, anzuordnen.

Der Einbau des Mikrofons am bzw. im Spiegelhalter ist insofern vorteilhaft, als der Spiegelhalter bei heutigen Fahrzeugen regelmäßig mit einer Innenraumbeleuchtung bzw. zugehörigen, manuell zu betätigenden Schaltern kombiniert ist, so daß bei der Verlegung der für die Leuchten bzw. Schalter notwendigen elektrischen Verdrahtung auch die elektrischen Leitungen des Mikrofons verlegt werden können und das Mikrofon ein Element einer Spiegelhalterbaugruppe bildet.

Gleichwohl ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Mikrofonanordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhaft ist ein nahe des Unterbereiches der Windschutzscheibe oberhalb einer Instrumentenanordnung in Hauptblickrichtung des Fahrers angeordnetes Mikrofon, welches dabei in einem von Strukturteilen der Fahrzeugkarosserie gesonderten, aus schlecht schalleitendem Material bestehenden Tragteil der Instrumentenanordnung bzw. in einem entsprechenden Instrumententräger angeordnet ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Positionierung des Mikrofons eine gute Annäherung an die Zone maximalen Sprechschalls bei normaler Haltung des Fahrers zu erreichen. Dadurch ergibt sich am Mikrofon ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, da sich das durch den Sprechschall gebildete Signal stärker vom Hintergrundgeräusch in einem Fahrzeug abhebt. Zusätzlich ist vorteilhaft, daß der das Mikrofon halternde bzw. aufnehmende Instrumententräger bei heute üblichen Fahrzeugen aus Gründen der Unfallsicherheit regelmäßig aus einem relativ nachgiebigen und den Schall schlecht leitenden Material besteht und dementsprechend das Mikrofon geräuschmäßig von der Karosserie trennt.

Darüber hinaus sind im Instrumententräger eine Vielzahl von Meß- und Elektronikelementen vereinigt. Die zur Installation dieser Elemente bei der Vormontage des Instrumententrägers notwendigen Arbeiten ähneln den Installationsarbeiten für das Mikrofon, so daß insofern eine "Harmonisierung" der durchzuführenden Montagearbeiten gegeben ist, wobei auch die räumliche Nähe des Mikrofons zu zugeordneten, zweckmäßigerweise im Instrumententräger angeordneten Elektronikmodulen vorteilhaft ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Mikrofone in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet am oberen Rand des Instrumententrägers od. dgl. angeordnet. Auch bei Blickwendungen des Fahrers liegt damit immer zumindest ein Mikrofon optimal zur Intensitäts- Hauptachse des Sprechschalls.

Vorzugsweise sind das Mikrofon bzw. die Mikrofone mit ihrer Sensitivitäts-Hauptachse auf die Windschutzscheibe ausgerichtet, derart, daß vom Fahrer ausgehender Sprechschall von der Windschutzscheibe nach abwärts in Richtung des bzw. eines Mikrofons reflektiert wird.

Üblicherweise besitzt der Instrumententräger in heutigen Kraftfahrzeugen eine mehr oder weniger große, unterhalb der Windschutzscheibe in den Fahrzeuginnenraum erstreckte Horizontal- oder Schrägfläche, die zur Anordnung von visuell zu beobachtenden Anzeigen und Instrumenten praktisch ungeeignet ist und dementsprechend eine große Freiheit bei der Anordnung des Mikrofons bzw. der Mikrofone bietet. Durch die übliche Wölbung der Windschutzscheibe wird bei der Reflektion des Sprechschalls eine gewisse Schallbündelung zum Mikrofon hin erreicht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Mikrofon bzw. die Mikrofone mit digitalen Signalausgängen zu versehen bzw. mit Analog-Digital- Wandlern zu versehen, so daß die Sprachsignale als digitale Signale elektronisch weitergeleitet und gegebenenfalls auch aufbereitet werden können.

Im Rahmen der digitalen Signalverarbeitung können prinzipiell alle Maßnahmen getroffen werden, die bereits für Hörgeräte von Hörbehinderten entwickelt wurden.

Beispielsweise kann der vom Mikrofon aufgenommene Schall ausgeprägt frequenzselektiv ausgewertet werden, indem z. B. Schallfrequenzen außerhalb des üblichen Sprechfrequenzbereiches ausgefiltert werden. So liegt der Frequenzbereich von Musik, die über ein Autoradio im Fahrzeuginnenraum hörbar wird, zu einem erheblichen Anteil unterhalb des Frequenzbereichs der menschlichen Sprache. Diese Störgeräusche lassen sich dadurch leicht unterdrücken.

Darüber hinaus kann bei Anordnung mehrerer Mikrofone die Phasenlage des aufgenommenen Schalls ausgewertet werden. Auch bei großen Unterschieden der Körpergrößen verschiedener Fahrer bleibt der Kopf des jeweiligen Fahrers innerhalb einer vergleichsweise kleinen Raumzone, weil der Fahrer das Fahrzeug nur dann gut und leicht führen kann, wenn er in seiner üblichen Sollposition sitzt. Dies ist aber gleichbedeutend damit, daß der Sprechschall des Fahrers bei mehrfach angeordneten Mikrofonen zu gleichartigen Signalstrukturen führt, die in charakterischer Weise phasenverschoben sind. Diese Phasenverschiebung kann als selektierendes Merkmal zur Unterdrückung bzw. Nichtbeachtung anderer Schallsignale ausgenutzt werden, welche zwar ebenfalls zu gleichartigen Signalstrukturen an den Mikrofonen, jedoch zu Signalstrukturen mit deutlich anderen Phasenverschiebungen führen. Beispielsweise ist die Position des Kopfes des Fahrers vergleichsweise weit entfernt von Lautsprechern einer gegebenenfalls im Fahrzeug angeordneten Radioanlage. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die vom Sprechschall des Fahrers verursachten Mikrofonsignale eine deutlich andere Phasenverschiebung als die vom Lautsprecherschall bewirkten Mikrofonsignale haben.

Schließlich kann die dem Mikrofon bzw. den Mikrofonen zugeordnete Signalverarbeitungselektronik mit elektrischen bzw. elektronischen Steuersystemen des Fahrzeuges für einen Datenaustausch vernetzt sein, so daß die vorgenannte Signalverarbeitungselektronik "wissen" kann, ob bzw. in welcher Weise geräuscherzeugende Systeme des Fahrzeuges arbeiten. So kann der Signalverarbeitungselektronik beispielsweise "mitgeteilt" werden, ob bzw. auf welche Arbeitsstufe eine Scheibenwischeranlage des Fahrzeuges geschaltet ist, ob bzw. mit welcher Leistung ein Lüftungsgebläse arbeitet, ob bzw. unter welcher Last der Motor des Fahrzeuges arbeitet usw. Damit "kennt" dann die Signalverarbeitungselektronik auch das jeweilige Schallspektrum der zu erwartenden Hintergrundgeräusche, so daß diese bei der Signalverarbeitung unterdrückt werden können.

Gegebenenfalls kann die Signalverarbeitungsanlage adaptiv oder adaptierbar ausgebildet sein, um eine optimale Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugtypen oder wechselnde Einsatzbedingungen bieten zu können.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.

Dabei zeigt,

Fig. 1 eine ausschnittsweise, schematisierte Seitenansicht eines Fahrzeuginnenraumes,

Fig. 2 eine stark schematisierte Ansicht eines im Fahrzeuginnenraum angeordenten Instrumententrägers aus der Sicht des Fahrers, wobei die Positionen verschiedener Mikrofone angedeutet sind,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die mit den Mikrofonen kombinierte Signalauswerteschaltung und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer besonders bevorzugten Ausführungsform.

Ein in Fig. 1 nur ausschnittsweise dargestelltes Kraftfahrzeug besitzt einen Innenraum 1, der in Vorwärtsfahrtrichtung nach vorn durch eine Windschutzscheibe 2 abgeschlossen wird, unter der in üblicher Weise ein Instrumententräger 3 mit einer horizontalen bzw. leicht geneigten, der Windschutzscheibe 2 zugewandten Oberseite 3' angeordnet ist.

Des weiteren zeigt die Fig. 1 die Köpfe und Oberkörper 4, 4' zweier unterschiedlich großer Fahrer in typischer Sitzposition mit Blickrichtung auf die Windschutzscheibe 2. Wenn der Fahrer 4 bzw. 4' in der dargestellten Position mittels einer nicht näher dargestellten Freisprecheinrichtung im Fahrzeug telefoniert, wird der Sprechschall von der Windschutzscheibe 2 zur Oberseite 3' des Instrumententrägers 3 reflektiert, wie durch Linien 5, 5' verdeutlicht ist, die die Zonen maximaler Schallintensität des vom Fahrer 4 bzw. 4' ausgehenden Sprechschall verdeutlichen.

Ein erfindungsgemäß auf der Oberseite 3' des Instrumententrägers 3 angeordnetes Mikrofon 6 liegt bei Anordnung etwa in Blickrichtung des Fahrers 4 bzw. 4' im Bereich sehr hoher Sprechschallintensität.

Gemäß Fig. 2 ist das Mikrofon 6 im Instrumententräger 3 oberhalb eines in Blickrichtung des Fahrers vorgesehenen Anzeige-Kombiinstrumentes 7 angeordnet, wobei seitlich des Mikrofons 6 auf der Oberseite 3' des Instrumententrägers 3 vorzugsweise weitere Mikrofone 8 vorgesehen sind.

Durch die Mehrfachanordnung der Mikrofone 6 bzw. 8 wird einerseits gewährleistet, daß auch bei Blickwendungen des Fahrers zumindest eines dieser Mikrofone in der Richtung des Intensitätsmaximums des Sprechschalls liegt. Andererseits besteht bei Mehrfachanordnung der Mikrofone 6 und 8 die Möglichkeit, die Phasenverschiebungen zwischen den Mikrofonsignalen auszuwerten. Da der Kopf des Sprechenden bzw. Fahrers von den Mikrofonen 6 und 8 unterschiedliche Abstände hat, erreichen die Worte des Sprechenden die verschiedenen Mikrofone 6 und 8 zu unterschiedlichen Zeitpunkten, d. h. es treten zwangsläufig Phasenverschiebungen auf, wobei diese Phasenverschiebungen von der Blickrichtung des Sprechenden weitestgehend unabhängig sind. Des weiteren ist vorteilhaft, daß diese Phasenverschiebungen sich von den Phasenverschiebungen unterscheiden, die beispielsweise für Musik oder Sprachnachrichten aus dem Autoradio charakteristisch sind.

Gemäß Fig. 3 ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Mikrofonen 6 bzw. 8 einen Analog-Digital-Wandler nachzuschalten, so daß der Sprechschall in digitale elektronische Signale umgesetzt werden kann.

Im Beispiel der Fig. 3 sind die Mikrofone 6 und 8 parallel an einen Multiplexer 9 angeschlossen, der seinerseits dem Analog- Digital-Wandler 10 vorgeschaltet ist. Dem Analog-Digital- Wandler 10 ist eine Schaltung 11 zur Signalaufbereitung nachgeschaltet.

Diese Signalaufbereitung 11 kann beispielsweise die Signalsequenzen der verschiedenen Mikrofone 6 und 8 auf gleichartige Strukturen untersuchen, die an den Mikrofonen 6 und 8 mit für den Sprechenden charakteristischer Phasenverschiebung auftreten. Signalstrukturen mit anderen Phasenverschiebungen können dagegen mehr oder weniger stark unterdrückt werden.

Des weiteren kann die Signalaufbereitung 11 über einen Eingang 12 Informationen darüber erhalten, welche Geräuschquellen im Fahrzeug eingeschaltet sind.

Beispielsweise kann der Signalaufbereitung 11 gemeldet werden, ob ein (nicht dargestellter) Scheibenwischer eingeschaltet ist bzw. auf welcher Betätigungsstufe der Scheibenwischer arbeitet.

Darüber hinaus kann die Signalaufbereitung 11 Betriebsdaten über den Arbeitszustand des Fahrzeugmotors und die eingeschaltete Getriebestufe erhalten. Damit kann die Signalaufbereitung 11 die entsprechend zu erwartenden Geräusche, d. h. die von den zu erwartenden Geräuschen produzierten Signale, mehr oder weniger stark unterdrücken.

Außerdem können die durch Schallbeaufschlagung der Mikrofone 6 und 8 erzeugten Signale nach der Frequenz des aufgenommenen Schalls selektiv verarbeitet werden. Beispielsweise liegt das Frequenzspektrum des Sprechschalls eines Menschen in der Regel deutlich oberhalb des mittleren Frequenzspektrums von Musikdarbietungen im Radio, so daß die Sprachsteuerung von Geräten im Kraftfahrzeug auch bei eingeschaltetem Radio erleichtert werden kann.

Sobald die Signalaufbereitung 11 "erkennt", daß ein Befehl gesprochen wurde, kann darüber hinaus das Radio vorübergehend stummgeschaltet oder auf sehr geringe Lautstärke gebracht werden.

Die Signalaufbereitung 11 ist mit einer Steuereinheit 13 verbunden, die die Signale über verschiedene Ausgänge weiterleiten kann, z. B. an eine Telefon-Sendeanlage, ein sprachgesteuertes Radio oder Navigationssystem od. dgl.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist den Mikrofonen 6 und 8 wiederum ein Multiplexer 9 sowie ein damit synchronisierter Analog-Digital-Wandler 10 nachgeschaltet.

Nachfolgend werden dann die digitalen Ausgangssignale des Wandlers 10 auf einem in Fig. 4 oberen Verarbeitungspfad zu einem Führungssignal F zur Klangoptimierung von Audio-Systemen im Fahrzeug und/oder auf einem in Fig. 4 unteren Verarbeitungspfad zu einem optimierten Sprachsignal S weiterverarbeitet, welches beispielsweise einer Telefonanlage zugeführt wird.

Zur Erzeugung der Führungsgröße F werden die Ausgangssignale des Wandlers 10 einem als adaptives Filter arbeitenden Signal- Konditionierkreis 15 zugeführt, dem ein inverses adaptives Filter 16 und eine Normiereinheit 17 nachgeschaltet sind. Die Signal-Konditioniereinheit 15 kann mit einem Bussystem 18 verbunden sein, über das unterschiedliche Steuersysteme des Fahrzeuges miteinander in Datenaustausch stehen. Über dieses Bussystem 18 "erkennt" die Signal-Konditioniereinheit 15 beispielsweise, welche Aggregate im Fahrzeug eingeschaltet sind bzw. in welchem Betriebszustand sich diese Aggregate befinden. Damit "weiß" die Signal-Konditioniereinheit 15, welche Geräusche von diesen Aggregaten erzeugt werden.

Das nachfolgende inverse adaptive Filter 16 ist ebenfalls mit dem Bussystem 18 verbunden und erhält zusätzlich, beispielsweise von einem Audio-Bus 19, Busdaten od. dgl. eines im Fahrzeug befindlichen Audiosystems. Nach der Normierung in der Normiereinheit 17 stehen dann die Störgeräusche des Fahrzeuges als normierte Führungsgröße für einen optimierten Betrieb von Audiogeräten zur Verfügung. Diese Führungsgröße, welche eine Wertebereich von Null Prozent bis 100% abdecken soll, diese Größe kann dann bei den Audioeinheiten dazu genutzt werden, mittels automatischer Stellglieder die Lautstärke von Audiogeräten zu adaptieren bzw. das Equalizing sowie die Loudneskurven der jeweiligen Situation optimal anzupassen.

Auf dem in Fig. 4 unteren Verarbeitungspfad werden die Ausgangssignale des Wandlers 10 zunächst in einer Einheit 20 einer schnellen Fouriertransformation unterzogen und sodann einer Signal-Estimationseinheit 21 zugeleitet, welche auch die Daten der Bussysteme 18 und 19 auswertet. Die Ausgangssignale der Einheit 21 werden dann einer Kompensationseinheit zugeführt, um zeitliche Signalverzögerungen zu kompensieren und nachfolgend in einer eine inverse Fouriertransformation ausführenden Subtraktionseinheit 23 zusammen mit den von der Signal-Konditioniereinheit 15 kommenden Daten subtraktiv verarbeitet werden, die der Einheit 23 über eine Fouriertransformationseinheit 20 zugeleitet werden. Auf diese Weise kann das Signal-Rausch-Verhältnis der Signale, die die von den Mikrofonen 6 und 8 aufgenommene Sprache repräsentieren, unter sehr verschiedenartigen Betriebsbedingungen des Fahrzeuges ganz wesentlich werden.

Bei allen vorangehend erläuterten Signalverarbeitungen kann das Bussystem 18 Daten bereitstellen, die beispielsweise den Fahrzeugtyp, die Variante des Lenksystems des Fahrzeuges, die augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit, den Betriebszustand von Schlupfregelsystemen und/oder Antiblockiersystemen oder den Öffnungszustand der Fenster oder des Verdeckes wiedergeben.

Die über die Mikrofone 6 und 8 bzw. die Busleitungen 18 und 19 erfaßten Geräusche können auch beim Betrieb von Signaltongeneratoren berücksichtigt werden, um gegebenenfalls notwendige akustische Warnsignale im Fahrzeug bei unterschiedlichen Betriebssituationen einerseits gut hörbar und andererseits ohne unangemessene Lautstärke erzeugen zu können, wobei gegebenenfalls auch unterschiedlich plazierte Signaltongeneratoren unterschiedlich angesteuert werden können.

Claims (8)

1. Mikrofonanordnung mit mindestens einem Mikrofon (6) nahe eines Unterbereiches einer Windschutzscheibe (2) vor einem Fahrerplatz im Innenraum eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (6) oberhalb einer Instrumentenanordnung (7) angeordnet und mit seiner Sensitivitäts-Hauptachse auf die Windschutzscheibe (3) derart ausgerichtet ist, daß vom Fahrer (4) ausgehender Sprechschall von der Windschutzscheibe (3) nach abwärts in Richtung des Mikrofons (6) reflektiert ist.

2. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (6) in einem von Strukturteilen einer Karosserie gesonderten, aus schlecht schalleitendem Material bestehenden Tragteil (3) der Instrumentenanordnung (7) bzw. in einem Instrumententräger (3) angeordnet ist.

3. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrofone (6, 8) in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet am oberen Rand eines Instrumententrägers (3) od. dgl. angeordnet sind.

4. Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofone (6, 8) mit ihrer Sensitivitäts-Hauptachse auf die Windschutzscheibe (3) ausgerichtet sind, derart, daß vom Fahrer ausgehender Sprechschall von der Windschutzscheibe nach abwärts in Richtung mindestens eines der Mikrofone reflektiert wird.

5. Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Mikrofon (6, 8) digitale Signale erzeugen oder mit Analog-Digital-Wandlern zur Erzeugung derartiger Signale kombiniert sind.

6. Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Mikrofone (6, 8) Phasenverschiebungen zwischen den Mikrofonsignalen auswertbar sind.

7. Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Signale zu vorgegebenen Sprechfrequenzen bevorzugt verarbeitet werden.

8. Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalaufbereitung (11) mit elektrischen bzw. elektronischen Steuersystemen des Fahrzeuges für einen Datenaustausch vernetzt ist, so daß zu erwartende Geräusche von geräuscherzeugenden Systemen, z. B. Scheibenwischer, Motor oder Getriebe, bei der Signalverarbeitung kompensierbar sind.