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Die Erfindung betrifft ein Lasermikrofon zur Erfassung von Schallwellen, ein Fahrzeug mit einem Lasermikrofon sowie ein Verfahren zum Erfassen von Schallwellen mittels eines Lasermikrofons.
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Ein solches Lasermikrofon kann zumindest eine Laservorrichtung zum Aussenden und Erfassen von Laserstrahlung umfassen. Die zumindest eine Laservorrichtung ist dazu eingerichtet, Laserstrahlung, vorzugsweise im sichtbaren Bereich des Lichts, zu erzeugen und auszusenden. Insbesondere ist die Laservorrichtung dazu eingerichtet, zumindest einen Teil derjenigen Laserstrahlung zu erfassen, welche durch die Laservorrichtung ausgesendet und vorzugsweise an einem Objekt reflektiert wurde. Bei dem Objekt kann es sich um einen die Laserstrahlung reflektierenden Gegenstand handeln. Die Erfassung der Laserstrahlung erfolgt vorzugsweise mittels einer Erfassungseinheit. Die Erfassung kann beispielsweise über zumindest einen optischen Sensor oder zumindest einen Fotodetektor, insbesondere über zumindest eine Fotodiode und/oder eine Videokamera, erfolgen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Objekt, an welchem die Laserstrahlung der Laservorrichtung reflektiert wird, um zumindest einen passiven Wandler. Ein Gehäuse und eine Membran des zumindest einen passiven Wandlers sind dazu eingerichtet, die Laserstrahlung zu reflektieren. Insbesondere sind das Gehäuse und/oder die Membran mit einer Schicht aus einem die Laserstrahlung reflektierenden Material beschichtet und/oder das Gehäuse und/oder die Membran umfassen ein die Laserstrahlung reflektierendes Material.
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Zusätzlich zu der zumindest einen Laservorrichtung umfasst das Lasermikrofon somit zumindest einen passiven Wandler, welcher das Gehäuse, welches beispielsweise an einem Fahrzeug befestigt werden kann, sowie die mit dem Gehäuse verbundene, relativ zum Gehäuse bewegliche Membran, umfasst. Vorzugsweise lässt sich eine Oberfläche der Membran unterteilen in einen äußeren Bereich, welcher einen inneren Bereich komplett umschließt, wobei zumindest ein Teil des äußeren Bereichs mit dem Gehäuse verbunden ist und zumindest ein Teil des inneren Bereichs dazu eingerichtet ist, gegenüber dem Gehäuse ausgelenkt zu werden.
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Die Membran ist dazu eingerichtet, durch die Schallwellen gegenüber dem Gehäuse in einer mechanischen Schwingung zu schwingen. Bei einem Auftreffen der Schallwellen auf die Membran (unter den Schallwellen sollen im Folgenden immer nur diejenigen Schallwellen verstanden werden, welche auf die Membran treffen) ist die Membran dazu eingerichtet, gegenüber dem Gehäuse in Schwingung versetzt zu werden. Mit anderen Worten ist die Membran dazu eingerichtet, bei Auftreffen der Schallwellen auf die Membran eine mechanische Schwingung relativ zum Gehäuse aufzuweisen. Vorzugsweise umfasst die mechanische Schwingung eine Relativbewegung, insbesondere des inneren Bereichs der Membran, gegenüber dem Gehäuse.
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In diesem Zusammenhang zeigt die
DE 20 2005 006 661 U1 ein lasergestütztes berührungsloses Abtasten einer von einem Schalldruck ausgelenkten Membran, wobei der Laserstrahl von der Membran zu einem Empfänger reflektiert wird.
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Die
US 10 362 409 B1 zeigt eine Methode zum Erfassen von Audio-Signalen von einer Oberfläche mittels eines optischen Mikrofons.
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Die
WO 2017 / 085 571 A1 zeigt eine Vorrichtung umfassend zumindest eine akustisches und ein optisches Mikrofon, wobei das Signal des akustischen Mikrofons mit Hilfe des Signals des optischen Mikrofons verbessert wird.
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Die
US 2022 / 0 167 096 A1 offenbart ein optisches Mikrofon, dessen Prinzip auf einer Interferenzmessung zwischen zwei Lichtstrahlen beruht, von denen zumindest einer auf eine reflektierende Membran des optischen Mikrofons trifft.
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Ein Problem stellen bei diesen Vorrichtungen und/oder Verfahren Schwingungen dar, welche vom Gehäuse auf die Membran übertragen werden und somit ebenfalls zur Schwingung der Membran beitragen. Dies ist insbesondere bei einer Anordnung eines passiven Wandlers auf einem vibrierenden Objekt, z.B. einem Fahrzeugbauteil, der Fall.
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Eine Lösung hierzu bieten Körperschallsensoren, welche jedoch eine Kabelführung zu dem Körperschallsensor und somit zum passiven Wandler voraussetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mikrofon bereitzustellen, welches sich dadurch auszeichnet, dass zu einer Messstelle, an welcher die dort auftreffenden Schallwellen erfasst werden, kein Kabel führen muss, das für eine Datenübertragung von an der Messstelle ermittelten Signalen basierend auf den dort auftreffenden Schallwellen eingerichtet ist.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Verwenden eines Lasermikrofons eine Laservorrichtung zum Abtasten einer Schwingung eines passiven Wandlers getrennt von dem passiven Wandler platziert werden kann, wodurch nur die Laservorrichtung mit zumindest einer Daten- und/oder Stromleitung verbunden sein muss, während die Position einer Messstelle, an welcher sich zumindest ein passive Wandler befindet, nicht durch eine Daten- und/oder Stromleitung beschränkt wird.
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Die Erfindung betrifft ein Lasermikrofon umfassend zumindest eine Laservorrichtung und zumindest einen passiven Wandler, wobei die zumindest eine Laservorrichtung dazu eingerichtet ist, jeweils sowohl das Gehäuse als auch die Membran des zumindest einen passiven Wandlers mittels einer Laserstrahlung der Laservorrichtung abzutasten. Das Abtasten umfasst die nachfolgenden Schritte:
- Die von der Laservorrichtung ausgesendete Laserstrahlung (emittierte Laserstrahlung) trifft sowohl auf das Gehäuse als auch die Membran des passiven Wandlers. Dies kann entweder gleichzeitig oder seriell geschehen. Mit anderen Worten kann die Laservorrichtung einen Laserstrahl bestehend aus gerichteter Laserstrahlung, also aus Laserstrahlung propagierend in eine vorgebbare Richtung, aussenden. Der Auftreffpunkt des Laserstrahls, also derjenige Punkt, an welchem der Laserstrahl beispielsweise auf die Membran oder das Gehäuse trifft, kann zwischen zumindest einem Punkt auf dem Gehäuse und zumindest einem Punkt auf der Membran wechseln. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Laservorrichtung zumindest zwei Laserstrahlen aussenden, wobei zumindest ein Laserstrahl auf das Gehäuse trifft und zumindest ein anderer Laserstrahl auf die Membran trifft.
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Die Laserstrahlung wird ausgehend von dem zumindest einen Auftreffpunkt von dem Gehäuse und der Membran reflektiert und bildet die reflektierte Laserstrahlung. Zumindest ein Teil der reflektierten Laserstrahlung wird von zumindest einer Erfassungseinheit der Laservorrichtung erfasst. Der durch die Erfassungseinheit erfasste Teil der reflektierten Laserstrahlung wird im Folgenden als erfasste Laserstrahlung bezeichnet.
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Aus der erfassten Laserstrahlung wird jeweils eine Membranschwingung und eine Gehäuseschwingung ermittelt. Mit anderen Worten wird jeweils separat einmal der erfasste Teil der am Gehäuse reflektierten Laserstrahlung (Gehäuselaserstrahlung) und einmal der erfasste Teil der an der Membran reflektierten Laserstrahlung (Membranlaserstrahlung) betrachtet. Aus der Gehäuselaserstrahlung wird die Gehäuseschwingung ermittelt, also eine Vibration des Gehäuses. Aus der Membranlaserstrahlung wird die Membranschwingung ermittelt, also eine Vibration der Membran. Die Membranschwingung umfasst insbesondere die mechanische Schwingung der Membran aufgrund von auf der Membran auftreffenden Schallwellen. Zusätzlich zu den auf der Membran auftreffenden Schallwellen können aber noch weitere Faktoren zu einer Bewegung und/oder Schwingung der Membran führen, wobei die aus den anderen Faktoren erzeugte Schwingung nur Teil der Membranschwingung, nicht jedoch Teil der schall-verursachten mechanischen Schwingung ist.
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Die Erfassung der Gehäuseschwingung und die Erfassung der Membranschwingung erfolgt vorzugsweise mittels einer aus einem Scanning Vibrometer bekannten Technik. Das Scanning Vibrometer kann auf einer Laser-Doppler-Vibrometrie basieren, bei welcher aufgrund einer Schwingung eines Objekts, an welchem ausgesendete Laserstrahlung reflektiert wird, die reflektierte Laserstrahlung aufgrund des Doppler-Effekts die Frequenz ändert und diese Frequenzänderung der reflektierten Laserstrahlung gegenüber der ausgesendeten Laserstrahlung durch Interferometrie der ausgesendeten Laserstrahlung mit der reflektierten Laserstrahlung ermittelt werden kann.
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Das Lasermikrofon ist dazu eingerichtet, aus einem Vergleich der Membranschwingung mit der Gehäuseschwingung die durch die Schallwellen hervorgerufene mechanische Schwingung zu ermitteln. Dies bedeutet, dass eine Differenz aus der Membranschwingung und der Gehäuseschwingung, insbesondere mit der Gehäuseschwingung als Subtrahend, ermittelt wird. Durch die Bildung der Differenz ergibt sich die mechanische Schwingung, also die Information über die Schallwellen.
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Die Membranschwingung setzt sich aus der mechanischen Schwingung erzeugt durch die Schallwellen sowie einer Schwingung, welche von dem Gehäuse auf die Membran übertragen wird, zusammen. Werden die Gehäuseschwingung und die Membranschwingung separat ermittelt, kann somit durch Subtraktion derjenigen Schwingung der Membran, welche durch das Gehäuse auf die Membran übertragen wird, von der Membranschwingung die mechanische Schwingung ermittelt werden. Das Signal der Gehäuseschwingung kann für die Subtraktion mit einer Übertragungsfunktion gefaltet werden, die eine Übertragungscharakteristik vom Gehäuse zur Membran darstellet. Die Übertragungsfunktion kann mittels einer schallfreien Testmessung ermittelt werden. Mit anderen Worten kann mittels der schallfreien Testmessung die Relativbewegung der Membran zum Gehäuse aufgrund der Gehäuseschwindung ermittelt werden. Die Relativbewegung der Membran zum Gehäuse im schallfreien Raum ergibt sich insbesondere aus der Trägheit der Membran insbesondere bei Anregung über das Gehäuse. Bei Kenntnis der Gehäuseschwingung und der Relativbewegung der Membran zum Gehäuse kann die Gesamtschwingung der Membran, welche nicht schallinduziert ist, ermittelt werden und durch Subtraktion dieser nicht-schallinduzierten Gesamtschwingung von der Membranschwingung die schallinduzierte mechanische Schwingung ermittelt werden. Durch die Differenzbildung ergibt sich der Vorteil, dass sich Relativbewegungen zwischen der Laservorrichtung und passivem Wandler zu Null ergeben, da sie sowohl in der Messung der Gehäuseschwingung als auch in der Messung der Membranschwingung enthalten sind.
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Es ergibt sich der Vorteil, dass kein Kabel zu der Messstelle führen muss. Dies ergibt eine größere Flexibilität bei der Wahl der Messstelle, also desjenigen Ortes, an welchem der passive Wandler angebracht ist.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung umfasst, dass der zumindest eine passive Wandler das Laserlicht reflektierende oder nicht-reflektierende Elemente zum Einmessen der zumindest einen Laservorrichtung aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Ausrichten der Laservorrichtung erleichtert wird. Die Elemente zum Einmessen werden Einmesselemente genannt.
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Das Lasermikrofon muss derart ausgebildet sein, dass emittierte Laserstrahlung den passiven Wandler trifft und die Laservorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des reflektierten Laserlichts zu erfassen. Zumindest ein Auftreffpunkt der emittierten Laserstrahlung befindet sich auf der Membran, vorzugsweise mittig auf der Membran bezüglich der Befestigung der Membran mit dem Gehäuse und/oder an derjenigen Stelle auf der Membran, an welcher die Auslenkung der Schwingung am größten ist. Durch diese Wahl ergibt sich ein besonders starkes Signal. Zumindest ein anderer Auftreffpunkt der emittierten Laserstrahlung befindet sich auf dem Gehäuse. Diejenigen Auftreffpunkte, welche vorgesehen sind und/oder welche derart gewählt sind, dass bei richtiger Positionierung und/oder Ausrichtung des zumindest einen passiven Wandlers und/oder der Laservorrichtung zumindest ein Teil des reflektierten Lichts, vorzugsweise unabhängig von der Auslenkung der Membran, auf die Erfassungseinheit der Laservorrichtung trifft, werden als optimale Auftreffpunkte bezeichnet.
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Damit die Auftreffpunkte, insbesondere ein Teil der optimalen Auftreffpunkte oder alle optimalen Auftreffpunkte, von der emittierten Laserstrahlung getroffen werden, muss die Laservorrichtung relativ zu dem zumindest einen passiven Wandler eine vorgebbare Ausrichtung aufweisen. Insbesondere nach einer Reparatur und/oder einem Austausch zumindest eines passiven Wandlers und/oder der Laservorrichtung kann eine Ausrichtung (ein Einmessen) der Laservorrichtung notwendig sein, vorzugsweise um die vorgebbare Ausrichtung der Laservorrichtung relativ zu dem passiven Wandler herzustellen.
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Die Einmesselemente sind dazu eingerichtet, ein einfaches Ausrichten der Laservorrichtung zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch reflektierende Elemente in einem nicht-reflektierendem Bereich des passiven Wandlers, durch reflektierende Elemente, deren Reflexion sich von der Reflexion des passiven Wandlers unterscheidet und/oder durch nicht-reflektierende Elemente in einem reflektierendem Bereich des passiven Wandlers erfolgen. Trifft die emittierte Laserstrahlung zumindest eines der Einmesselemente, unterscheidet sich das Reflexionsverhalten der emittierten Laserstrahlung von dessen Reflexionsverhalten bei Auftreffen auf den passiven Wandler. Beispielsweise durch Bewegung der Laservorrichtung und/oder durch Bewegung des passiven Wandlers, wobei unter Bewegung ein Verschieben und/oder ein Kippen um zumindest eine Achse verstanden werden kann, ändert sich das Reflexionsverhalten der emittierten Laserstrahlung, wenn der Auftreffpunkt von einem Punkt auf dem passiven Wandler, an welchem sich kein Einmesselement befindet, zu einem Punkt auf dem passiven Wandler wechselt, an welchem sich ein Einmesselement befindet. Durch die Bewegung des passiven Wandlers und/oder der Laservorrichtung können die Positionen der Einmesselemente erfasst werden. Die Einmesselemente befinden sich an relativ zu zumindest einem optimalen Auftreffpunkt vorgebbaren Positionen. Bei Kenntnis der zu zumindest einem optimalen Auftreffpunkt relativen Positionen der Einmesselemente sowie der Positionen der Einmesselemente im Raum kann eine Ausrichtung der Laservorrichtung derart erfolgen, dass die Auftreffpunkte der emittierten Laserstrahlung den optimalen Auftreffpunkten entsprechen.
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Eine Weiterbildung umfasst, dass der zumindest eine passive Wandler eine Lichtbegrenzung zur Vermeidung einer Reflexion von Streulicht an dem zumindest einem passiven Wandler aufweist, falls das Streulicht aus einer anderen Richtung als der zumindest einen Richtung der zumindest einen Laservorrichtung kommt. Dies bedeutet dass Streulicht, also Licht, dessen Ursprung nicht in der Laservorrichtung liegt, beispielsweise Licht der Sonne oder Licht eines Leuchtmittels, beispielsweise einer LED (light emitting diode), welches kein Laserlicht ist und/oder welches nicht aus der Richtung der Laservorrichtung kommt und/oder nicht die gleiche Richtung wie der Laserstrahl aufweist, aufgrund der Lichtbegrenzung nicht an dem zumindest einen passiven Wandler reflektiert wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass keine Blendung einer Person insbesondere durch an zumindest einem passiven Wandler reflektiertem Streulicht erfolgt, beispielsweise des Fahrers bei zumindest einem Lasermikrofon in einem Fahrzeug. Dies kann insbesondere zu einer sichereren Fahrt beitragen. Insbesondere kann die Lichtbegrenzung zu einer rauschärmeren Messung führen.
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Die Lichtbegrenzung kann beispielswiese als LCF (light control film) und/oder als eine, insbesondere röhrenförmige oder hohlzylinderförmige, Vorrichtung ausgebildet sein, welche Streulicht aus allen Richtungen abgesehen von zumindest einer vorgebbaren Richtung abschirmt. Insbesondere bezeichnet eine Richtung einen Raumwinkelbereich.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine einzige Laservorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei passive Wandler wiederholt nacheinander abzutasten. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Laserstrahlung einer einzigen Laservorrichtung auf die Auftreffpunkte zumindest zweier passiver Wandler trifft, wobei das Abtasten wiederholt nacheinander erfolgt. Dies bedeutet, dass bei N passiven Wandlern die Laserstrahlung der Laservorrichtung zuerst auf die Auftreffpunkte des ersten passiven Wandlers trifft, anschließend auf die des zweiten passiven Wandlers, und so weiter, bis nach dem Nten passiven Wandler die Laserstrahlung wieder auf die Auftreffpunkte des ersten passiven Wandlers trifft. Dies kann beispielsweise durch eine bewegliche Laservorrichtung und/oder bewegliche Spiegel und/oder Linsen in der Laservorrichtung realisiert werden.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine einzige Laservorrichtung mehrere passive Wandler abtasten kann und somit mechanische Schwingungen durch die Schallwellen an mehreren Messstellen erfassen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da die zumindest eine teure Komponente des Lasermikrofons die Laservorrichtung ist, während der zumindest eine passive Wandler im Vergleich dazu sehr günstig ist. Da die Anzahl der passiven Wandler die Anzahl der Messstellen bestimmt, kann durch ein Abtasten mehrerer passiver Wandler mittels einer einzigen Laservorrichtung kostengünstig die Anzahl der Messstellen erhöht werden. Durch die erhöhte Anzahl der Messstellen kann beispielsweise eine bessere Ortung eines Geräusches erfolgen, wodurch beispielsweise eine bessere Unterdrückung von Hintergrundgeräuschen möglich ist, indem Geräusche aus anderen Raumwinkeln entfernt werden. Insbesondere lässt sich durch die kostengünstige Erhöhung der Anzahl an Messstellen eine Mikrofonanordnung (Mikrofonarray) kostengünstig realisieren.
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Als weitere Lösung umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lasermikrofon. Durch den Vergleich der Gehäuseschwingung mit der Membranschwingung kann selbst in vibrierenden Systemen, das heißt in Systemen wie beispielsweise in einem Fahrzeug, in welchem das Gehäuse Vibrationen aufweist, die es auf die Membran überträgt, die mechanische Schwingung aufgrund von Schallwellen von der über das Gehäuse auf die Membran übertragene Schwingung unterschieden werden und somit eine Erfassung von Schallwellen erfolgen.
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Eine Weiterbildung des Fahrzeugs umfasst, dass die passiven Wandler in zumindest einer Gruppe angeordnet sind und jeweils eine Laservorrichtung pro Gruppe dazu eingerichtet ist, das wiederholte nacheinander Abtasten aller passiven Wandler der jeweiligen Gruppe durchzuführen. Dies bedeutet, dass sich alle passive Wandler einer Gruppe in einem vorgebbaren Raumwinkelbereich, unter welchem die Laservorrichtung die Gruppe sieht, befinden, sodass eine Abtastung mit mindestens einer vorgebbaren Frequenz, beispielsweise 8kHz, durchgeführt werden kann. Ein geeigneter Parameter kann der Abstand zwischen der Laservorrichtung und der Gruppe oder der Abstand zwischen den passiven Wandlern der Gruppe sein. Dies bedeutet, dass die Laservorrichtung und/oder bewegliche Teile in der Laservorrichtung derart schnell bewegt werden können, dass alle passiven Wandler einer Gruppe von der Laservorrichtung mit der vorgebbaren Frequenz abgetastet werden.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch mehrere Messstellen, insbesondere durch mehrere Messstellen in einem Raumwinkelbereich, eine bessere Winkelauflösung ermöglicht wird als bei weniger Messstellen. Das bedeutet, dass durch die höhere Anzahl an Messstellen genauer bestimmt werden kann, woher ein Geräusch kommt. Insbesondere in dem Fahrzeug, wo bekannt ist, aus welchem Raumwinkelbereich die relevanten Geräusche kommen, können beispielsweise für die Bedienung vorgebbarer Funktionen insbesondere über Sprachbefehle und/oder für Telefonate durch mehrere Messstellen beispielsweise Hintergrundgeräusche effektiv entfernt werden. Das Entfernen der Hintergrundgeräusche kann durch ein Herausfiltern von Geräuschen aus anderen als den als relevant ermittelten Raumwinkelbereichen erfolgen. Als relevante Raumwinkelbereiche kann beispielsweise der Raumwinkelbereich, in dem sich insbesondere der Kopf des Fahrers und/oder der Fahrer und/oder zumindest eine Person und/oder der Kopf einer Person befindet, identifiziert werden. Durch die Verwendung mehrerer passiver Wandler in Gruppen kann mit einem geringen Kostenaufwand (es entstehen lediglich Kosten für zusätzliche passive Wandler, welche jedoch im Vergleich zur Laservorrichtung günstig sind) eine verbesserte Ortsauflösung der Geräusche, insbesondere der Geräuschquellen, erfolgen, wodurch insbesondere eine kostengünstige Hintergrundgeräuschunterdrückung realisiert werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ dazu ermöglicht eine bessere Ortsauflösung des Geräusches eine genauere Zuordnung der Geräuschquelle. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Aktivierung und/oder Deaktivierung bestimmter Funktionen nur durch den Fahrer möglich ist, was bei einer Spracheingabe bedingt, dass insbesondere durch eine Lokalisierung der Geräuschquelle unterschieden werden muss, ob das Geräusch, in dem Fall beispielsweise der Sprachbefehl, vom Fahrer kommt, oder von einer anderen, sich beispielsweise zu dem Fahrer lehnenden Person stammt. Insbesondere bei fahrrelevanten und/oder sicherheitsrelevanten Funktionen wie beispielsweise Fahrerassistenzsystemen kann eine genaue Ortsauflösung insbesondere eines Sprachbefehls sicherheitsrelevant sein, damit die Funktion beispielsweise nicht ohne Kenntnis des Fahrers deaktiviert werden kann.
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Eine Weiterbildung des Fahrzeugs umfasst, dass das Fahrzeug mehrere passive Wandler sowie eine zentrale Abtastanordnung umfasst, wobei die zentrale Abtastanordnung zumindest eine Laservorrichtung umfasst und dazu eingerichtet ist, alle passiven Wandler, die das Fahrzeug umfasst, abzutasten. Dies bedeutet, dass alle Laservorrichtungen, welche in dem Fahrzeug verbaut sind, in einer einzigen Abtastanordnung zusammengefasst sind. Die Abtastanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass alle Laservorrichtungen in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind und/oder von einer gemeinsamen Treiberschaltung versorgt werden.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Verkabelungsaufwand stark reduziert wird, was mit Kosten- und/oder Aufwandseinsparungen, insbesondere bei der Montage und/oder einer Reparatur, einhergeht. Die Verringerung des Verkabelungsaufwands ergibt sich daher, dass lediglich die Laservorrichtung eines Lasermikrofons einen Kabelanschluss benötigt, wobei sich alle Laservorrichtungen in einer zentralen Abtastanordnung und insbesondere an einem einzigen Einbauort in dem Fahrzeug befinden, während der zumindest eine passive Wandler keinen Kabelanschluss benötigt, da dieser keine Signale an einen Empfänger überträgt und keine Stromzufuhr benötigt. Die zentrale Abtastanordnung in Kombination mit zumindest einem passiven Wandler ermöglicht vorteilhafterweise die Realisierung eines Lasermikrofons in einem Fahrzeug zur Aufnahme von Schallwellen mit einem einzigen Kabel zum Einbauort.
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Eine Weiterbildung des Fahrzeugs umfasst, dass der zumindest eine passive Wandler auf einer Oberfläche im Fahrzeug befestigt ist und/oder hinter der Oberfläche des Fahrzeugs an einer Messstelle befestigt ist, wobei die Oberfläche zumindest an der Messstelle sowohl für die Laserstrahlung als auch für die Schallwellen zumindest teilweise durchlässig ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer besonders einfachen Montage und/oder Installation eines Lasermikrofons in dem restlichen Fahrzeug, da der zumindest eine passive Wandler, insbesondere durch die Wahl einer geeigneten, an das restliche Fahrzeug angepassten Form, beispielsweise durch Festkleben an einer Oberfläche oder hinter einer Oberfläche, vorzugsweise einer schall- und laserlichtdurchlässigen Oberfläche und/oder einer Oberfläche mit einem schall- und laserlichtdurchlässigem Loch, angebracht werden kann.
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Eine Weiterbildung des Fahrzeugs umfasst, dass der zumindest eine passive Wandler und/oder die zumindest eine Laservorrichtung und/oder die Abtastanordnung zur Reduktion der Übertragung von Schwingungen des Fahrzeugs auf den zumindest einen passiven Wandler und/oder die zumindest eine Laservorrichtung und/oder die Abtastanordnung beweglich bezüglich des restlichen Fahrzeugs an einer Befestigungsstelle gelagert ist. Die Befestigungsstelle ist diejenige Stelle, an welcher der zumindest eine passiver Wandler und/oder die zumindest eine Laservorrichtung und/oder die Abtastanordnung mit dem restlichen Fahrzeug verbunden ist/ im Fahrzeug gehalten wird. Der Vorteil der beweglichen Lagerung ist derjenige, dass die Schwingungen des restlichen Fahrzeugs, welche sich über das Gehäuse auf die Membran übertragen, abgeschwächt werden und somit auch weniger und/oder weniger starke Schwingungen, welche ihren Ursprung nicht in Schallwellen haben, die Membranschwingung beeinflussen.
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Als weitere Lösung umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Schallwellen mittels des erfindungsgemäßen Lasermikrofons, wobei die zumindest eine Laservorrichtung mittels der Laserstrahlung sowohl das Gehäuse als auch die Membran des zumindest einen passiven Wandlers abtastet, indem die Laserstrahlung sowohl auf das Gehäuse als auch auf die Membran trifft, die Laserstrahlung von dem Gehäuse und der Membran reflektiert wird und eine reflektierte Laserstrahlung bildet, zumindest ein Teil der reflektierten Laserstrahlung von der Laservorrichtung erfasst wird und aus einer erfassten reflektierte Laserstrahlung jeweils eine Membranschwingung und eine Gehäuseschwingung ermittelt wird, wobei aus einem Vergleich der Membranschwingung, welche zumindest die mechanische Schwingung umfasst, mit der Gehäuseschwingung die durch die Schallwellen hervorgerufene mechanische Schwingung ermittelt wird.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs und/oder des erfindungsgemäßen Lasermikrofons beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehört auch eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Gehäuseschwingung und der Membranschwingung sowie zur Differenzbildung aus der Membranschwingung und der Gehäuseschwingung. Die Auswerteeinheit kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Als Mikroprozessor kann insbesondere jeweils eine CPU (Central Processing Unit), eine GPU (Graphical Processing Unit) oder eine NPU (Neural Processing Unit) verwendet werden. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessoreinrichtung kann z.B. auf zumindest einer Schaltungsplatine und/oder auf zumindest einem SoC (System on Chip) basieren.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lasermikrofons;
- 2 eine mögliche Ausführungsform des passiven Wandlers mit Einmesselementen; und
- 3 eine Ausführungsform des Fahrzeugs mit zumindest einem Lasermikrofon.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lasermikrofons. Das Lasermikrofon umfasst zumindest einen passiven Wandler 10 sowie zumindest eine Laservorrichtung 12. Der passive Wandler 10 umfasst ein Gehäuse 101 und eine Membran 102, welche beweglich gegenüber dem Gehäuse 101 ausgebildet ist und sich beispielsweise unter dem Einfluss von durch Schallwellen 14 verursache Luftdruckänderungen durchbiegen und/oder oszillieren kann. Das Durchbiegen und/oder die Oszillation der Membran 102 aufgrund der Schallwellen 14 wird als mechanische Schwingung 16 bezeichnet, was durch den Doppelpfeil markiert mit dem Bezugszeichen 16 auf der Membran 102 dargestellt ist. Die Membran 102 ist mit dem Gehäuse 101 über zumindest eine Befestigung 103 derart befestigt, dass die mechanische Schwingung 16 der Membran 102 ermöglicht werden kann. Damit die Membran 102 dazu eingerichtet ist, die mechanische Schwingung 16 auszuführen, kann der passive Wandler 10 einen Hohlraum 104 umfassen, beispielsweise ähnlich einem Lautsprecher.
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Die Laservorrichtung 12 umfasst eine beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Erzeugen von Laserstrahlung, sodass die Laservorrichtung 12 dazu eingerichtet ist, emittierte Laserstrahlung 121 auszusenden. Diese emittierte Laserstrahlung 121 trifft auf zumindest einen Auftreffpunkt 18 auf dem passiven Wandler 10. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Auftreffpunkt 18 auf dem Gehäuse 101 des passiven Wandlers 10 liegt, der Gehäuseauftreffpunkt 18G, und dass zumindest ein anderer Auftreffpunkt 18 auf der Membran 102 liegt, der Membranauftreffpunkt 18M. Dies kann darüber realisiert werden, dass ein Laserstrahl 122, welcher aus gerichteter Laserstrahlung 121 bestehen kann, abwechselnd auf die Auftreffpunkte 18 auf dem passiven Wandler 10 trifft. In dem in 1 gezeigten Beispiel würde das bedeuten, dass der Laserstrahl 122 abwechselnd auf den Gehäuseauftreffpunkt 18G und auf den Membranauftreffpunkt 18M trifft. Alternativ dazu kann die emittierte Laserstrahlung 121 mehrere Laserstrahlen 122 umfassen, das heißt, die Laservorrichtung 12 emittiert mehrere Laserstrahlen 122, wobei jeder Laserstrahl 122 jeweils auf zumindest einen Auftreffpunkt 18 trifft. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Laservorrichtung 12 beispielsweise zwei Laserstrahlen 122 aussenden, wobei von den beiden ausgesendeten Laserstrahlen 122 ein Gehäuselaserstrahl 122G auf dem Gehäuseauftreffpunkt 18G auftrifft und ein Membranlaserstrahl 122M auf den Membranauftreffpunkt 18M trifft.
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Das Gehäuse 101 und die Membran 102 des passiven Wandlers 10 zeichnen sich zumindest an dem jeweiligen Auftreffpunkt 18, vorzugsweise auf der gesamten, der Laservorrichtung 12 zugewandten Oberfläche, abgesehen gegebenenfalls von vorhandenen Einmesselementen 26, dadurch aus, dass sie die Laserstrahlung 121 oder zumindest einen Teil der Laserstrahlung 121 reflektieren, was bei Auftreffen von Laserstrahlung 121 auf zumindest einen Auftreffpunkt 18 die reflektierte Laserstrahlung 20 ergibt. Laservorrichtung 12 und passiver Wandler 10 sind relativ zueinander derart ausgerichtet, dass die reflektierte Laserstrahlung 20 auf eine Erfassungseinheit 123 der Laservorrichtung 12 trifft.
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Die Erfassungseinheit 123 zeichnet sich dadurch aus, dass sie Laserstrahlung 121 erfassen kann, wenn die Laserstrahlung 121 auf die Erfassungseinheit 123 trifft.. Schwingungen an den Auftreffpunkten 18 können zu veränderten Laufzeiten der Laserstrahlung 121 und/oder veränderten Frequenzen der Laserstrahlung 121 führen, welche beispielsweise über eine aus der Laser Scanning Vibromotrie bekannte Technik ermittelt werden können. Über die über die Erfassungseinheit 123 erfasste reflektierte Laserstrahlung 20 kann eine Gehäuseschwingung durch den zumindest einen an dem zumindest einem Gehäuseauftreffpunkt 18G reflektierten Gehäuselaserstrahl 122G und eine Membranschwingung, die die mechanische Schwingung 16 der Membran 102 umfasst, durch den zumindest einen an dem zumindest einem Membranauftreffpunkt 18M reflektierten Membranlaserstrahl 122M ermittelt werden. Aus der Differenz der Gehäuseschwingung und der Membranschwingung kann die schallwelleninduzierte mechanische Schwingung 16 ermittelt werden.
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Da das Gehäuse 101 und die Membran 102 des passiven Wandlers 10 eine zumindest die Laserstrahlung 121 reflektierende Oberfläche aufweisen können, kann es störend sein, wenn Streulicht 22 ausgenommen der von der Laservorrichtung 12 ausgesendeten emittierten Laserstrahlung 121 von dem passiven Wandler 10 reflektiert wird. Insbesondere kann das Lasermikrofon in einem Fahrzeug integriert sein, wodurch an dem passiven Wandler 10 reflektiertes Streulicht 22 beispielsweise einen Fahrer stören kann, insbesondere wenn das Streulicht 22 derart reflektiert wird, dass es in das Auge des Fahrers fällt.
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Um insbesondere eine Blendung des Fahrers zu vermeiden kann vorgesehen sein, dass das Lasermikrofon eine Lichtbegrenzung 24 aufweist, durch welche die Laserstrahlung 121 von der Laservorrichtung 12 zum passiven Wandler 10 sowie von dem zumindest einen Auftreffpunkt 18 auf dem passiven Wandler 10 zu der Erfassungseinheit 123 der Laservorrichtung gelangen kann, jedoch kein Streulicht 22 aus einer anderen Richtung an dem passiven Wandler 10 reflektiert werden kann. Dies kann, wie in 1 dargestellt, beispielsweise über eine röhren- oder zylinderförmige Anordnung geschehen. In 1 ist beispielhaft gezeigt, dass die aus der Laservorrichtung 12 kommende Laserstrahlung 121 durch eine Eintrittsöffnung 241 der Lichtbegrenzung 24 eintreten kann, an dem passiven Wandler 10 reflektiert werden kann und wieder durch die Eintrittsöffnung 241 aus der Lichtbegrenzung 24 austreten und auf die Erfassungseinheit 123 der Laservorrichtung 12 treffen kann. Streulicht 22 hingegen, welches wie in 1 beispielhaft gezeigt, von der Seite auf die abgesehen von der Eintrittsöffnung 241 lichtundurchlässige Lichtbegrenzung 24 trifft, wird von der Lichtbegrenzung 24 blockiert und kann nicht zu dem passiven Wandler 10 gelangen.
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Der passive Wandler 10 kann auf der Technik eines MEMS-Mikrofons basieren (MEMS = Micro Electro Mechanical System). Die elektrischen Komponenten, beispielsweise ein A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) und/oder ein Vorverstärker und/oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), des MEMS-Mikrofons können weggelassen werden. Der passive Wandler 10 kann eine mechanisch bewegliche Platte als Membran 102 über einem Hohlraum 104 beispielsweise in einem Wafer, insbesondere einem Silizium-Wafer, umfassen. MEMS-Mikrofone bieten den Vorteil, dass bereits eine Technologie existiert, diese herzustellen, sie kostengünstig hergestellt werden können und mit Abmessungen von unter einem 1cm sehr klein sein können. Damit bietet sich der Vorteil, dass durch den geringen Platzbedarf der MEMS-Mikrofone eine einfache und/oder platzsparende Unterbringung beispielsweise in einem Fahrzeug möglich ist. Nachteilig hingegen ist, dass die MEMS-Mikrofone zumindest einen Kabelanschluss für eine Stromversorgung und/oder Datenübertragung benötigen, wodurch die Flexibilität bei der Positionierung verloren geht.
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Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die elektronischen Komponenten in die Laservorrichtung 12 auszulagern, sodass der passive Wandler 10 den Akustiksensor umfassend die Platte als Membran 102 über einem Hohlraum 104 im Wafer umfasst, sodass die Vorteile des MEMS-Mikrofons erhalten bleiben können und der Nachteil der eingeschränkten Positionierung wegfällt, da eine Kabelführung zu dem passiven Wandler 10 entfällt.
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2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des passiven Wandlers 10 mit Einmesselementen 26. Bei den Einmesselementen 26 kann es sich um Flächen auf dem passiven Wandler 10 handeln, welche andere Reflexionseigenschaften aufweisen als der passive Wandler 10 und/oder die Oberfläche des passiven Wandlers 10. Dies kann beispielsweise durch Verwenden oder Auftragen eines sich von dem Material des passiven Wandlers unterscheidenden Materials erreicht werden. So kann beispielsweise die Oberfläche des passiven Wandlers 10, insbesondere die Oberfläche des Gehäuses 101 und/oder die Oberfläche der Membran 102 besser, insbesondere wesentlich besser, die Laserstrahlung 121 reflektieren als die Einmesselemente 26. Durch den Unterschied im Reflexionsverhalten kann anhand der durch die Erfassungseinheit 123 erfasste reflektierte Laserstrahlung 20 ermittelt werden, ob der zumindest eine von der Laservorrichtung 12 emittierte Laserstrahl 122 an dem passiven Wandler 10 oder an einem Einmesselement 26 reflektiert wird. Das Einmesselement 26 kann beispielsweise als torusförmiges Einmesselement 261 oder als kreisförmiges Einmesselement 262 ausgestaltet sein. Bei einem torusförmigen Einmesselement 261 kann es sich um ein Einmesselement 26 mit einer Form handeln, bei welcher ein Kreis mit einem Radius r aus einem Kreis mit einem größeren Radius R mit gleichem Mittelpunkt ausgeschnitten ist.
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Durch eine Kenntnis der Form und der Lage des zumindest einen Einmesselements 26 kann beispielsweise die Laservorrichtung 12 derart ausgerichtet werden, dass der emittierte Laserstrahl 122 auf zumindest einen optimalen Auftreffpunkt 18* auf dem passiven Wandler 10 trifft, welcher beispielsweise den Mittelpunkt des torusförmigen Einmesselements 261 bildet oder sich mittig von beispielsweise entlang der Außenkante eines Kreises angeordneten kreisförmigen Einmesselementen 262 befindet.
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3 zeigt beispielhaft den Innenraum eines Fahrzeugs 28. Das Fahrzeug 28 umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Lasermikrofon. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Lasermikrofon derart ausgeprägt, dass mehrere passive Wandler 10 jeweils in einer Gruppe 30 angeordnet sind, wobei alle passiven Wandler 10 einer Gruppe 30 von derselben Laservorrichtung 12 abgetastet werden. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Gruppen 30 mit je sechs passiven Wandlern 10 dargestellt. Die passiven Wandler 10 jeder der beiden Gruppen 30 werden jeweils von einer Laservorrichtung 12 abgetastet, wobei die passiven Wandler 10 der fahrerseitigen Gruppe 30F von einer fahrerseitigen Laservorrichtung 12F abgetastet werden und die passiven Wandler 10 der beifahrerseitigen Gruppe 30B von einer beifahrerseitigen Laservorrichtung 12B abgetastet werden. In einem Fahrzeug 28 kann eine beliebige Anzahl an Gruppen 30 vorhanden sein und jede Gruppe kann eine eigene Anzahl passiver Wandler 10 aufweisen. Insbesondere kann sich die Anzahl passiver Wandler 10 in einer Gruppe 30 von sechs unterscheiden.
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Vorzugsweise sind die Laservorrichtungen 12 in dem Fahrzeug 28 zu einer einzigen Abtastanordnung 32 zusammengefasst, wodurch lediglich ein einziges Kabel 34, umfassend zumindest eine Datenleitung und/oder eine Stromleitung, wodurch der Verkabelungsaufwand gering gehalten werden kann. Alle in dem Fahrzeug 28 vorhandenen passiven Wandler 10 können von der Abtastanordnung 32 aus abgetastet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die passiven Wandler 10 auf einer Oberfläche in dem Fahrzeug 28 oder hinter einer Oberfläche, welche schall- und lichtdurchlässig ist und/oder ein schall- und lichtdurchlässiges Element, beispielsweise ein Loch, enthält, angebracht. Die passiven Wandler 10 können über eine bewegliche Lagerung an dem Fahrzeug 28, insbesondere an oder hinter der Oberfläche des Fahrzeugs 28 angebracht sein, sodass Vibrationen des Fahrzeugs, insbesondere durch die Fahrt und/oder durch den Motor, nur abgeschwächt oder gar nicht an den passiven Wandler 10 übertragen werden.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist im Folgenden gegeben.
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Um insbesondere gesprochene Worte so deutlich wie möglich aufzunehmen, sollte sich zumindest ein Mikrofon möglichst nah an einem Kopf befinden. Dies kann insbesondere dann problematisch sein, wenn keine Kabel zu dem dem Mikrofon angedachten Ort verlegt werden können, beispielsweise bei einem Glasdach in einem Fahrzeug.
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Eine Art eines Mikrofons ist ein Kondensatormikrofon. Für das Kondensatormikrofon können Schallwandler in Form von MEMS-Komponenten verwendet werden. Diese umfassen eine als Kondensatorelektrode ausgeformte Membran mit zumindest einer Gegenelektrode und einen ASIC zur Regelung der Kondensatorladung und zur Signalauskopplung.
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Das Mikrofon benötigt eine Datenleitung (Signalleitung) und eine Spannungsversorgung. Die Spannungsversorgung kann entweder separat von der Datenleitung am Ort des Mikrofons oder via Phantomspeisung (Power over data line) zur Verfügung gestellt werden. Dies bedingt einen erheblichen Verkabelungsaufwand, insbesondere vor dem Hintergrund, dass immer häufiger Mikrofonanordnungen (Arrays) zur Anwendung kommen, um richtungsabhängige Schallinformationen zu verwerten, wie auch räumlich verteilte Mikrofonanordnungen, um ortsbezogene Schallinformationen nutzen zu können. Moderne Mikrofonsysteme können daher Datenübertragungssysteme wie den Automtotive Audio Bus (Analog Devices) oder 10base T1S-basierte Systeme verwenden, um den Aufwand zu minimieren.
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Ein wesentliche Punkt der meisten Schallwandlungsverfahren ist, dass sich eine Membran relativ zu ihrer Befestigung bewegt und diese Bewegung in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Bestimmung einer derartigen Relativbewegung ist auch mithilfe von Laserabtastung möglich. Hierzu kann die Auslenkung eines beweglichen Gegenstandes und die Auslenkung seiner Befestigung und/oder seines Gehäuses gleichzeitig oder via Scanning seriell abgetastet werden und via Differenzbildung die relative Auslenkung berechnet werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise z.B. in der Laservibrometrie umgesetzt. Zur Aufnahme von relativen Auslenkungen können beispielsweise zwei Laserköpfe und/oder ein Scanningvibrometer verwendet werden. Derartige Geräte können groß und teuer sein. Die Lasertechnologie wird allerdings immer kleiner, so dass sie heutzutage auch bei einer Brille und/oder einem Head-up-Display und/oder einem MEMS-Mikrofon von Sensibel zum Einsatz kommt.
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Die Erfindung umfasst ein miniaturisiertes Laser-Scanningvibrometer und zumindest einen passiven Wandler (elektronisch passiven Wandler, EPW). Ein passiver Wandler kann mittels einer Membran Schallwellen in eine mechanische Schwingung umwandeln. Diese Schwingung kann durch das Laser Scanningvibrometer gemessen werden und mit der Schwingung der Aufhängung der Membran und/oder des Gehäuses verglichen werden. Die Differenzschwingung kann einem Wandlersignal entsprechen. Die Auswertung der Differenzschwingung zwischen der Membran und der Befestigung und/oder des Gehäuses des passiven Wandlers hat insbesondere den Vorteil, dass Relativbewegungen zwischen dem passiven Wandler und der Lasereinheit (Laservorrichtung) keine Rolle mehr spielen, da sie sich bei der Differenzbildung automatisch herausheben. Damit kann das Verfahren auch in verformbaren und/oder selbst vibrierenden Systemen wie beispielsweise einem Auto angewendet werden.
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Ein passiver Wandler kann kostengünstig, wie ein übliches MEMS-Mikrofon gefertigt werden, benötigt aber lediglich eine Leiterplatte und/oder einen Wafer mit der Membran und ein geschlossenes Rückvolumen. Die Elektronik und die Gegenelektronen werden nicht benötigt. Durch geeignete Form kann der passiver Wandler einfach auf einer Oberfläche befestigt werden oder von hinten hinter diese Oberfläche geklebt werden, wenn die Oberfläche über ein entsprechendes Schall- und Lasereintrittsloch verfügt.
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Mit Hilfe der Scanningtechnologie beziehungsweise der seriellen Abtastung (wiederholtes nacheinander Abtasten mehrerer passiver Wandler durch eine Laservorrichtung) mehrerer passiver Wandler ist es möglich, passive Wandler, die auf verschiedene Orte verteilt und vorzugsweise in Gruppen angeordnet sind (Arrays), einfach abzutasten. Geschieht die räumliche Abtastung schnell genug, können die Signale „gemultiplext“ werden.
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Da die Kosten für einen passiven Wandler deutlich unter denen eines Standardmikrofons liegen, spielt die Anzahl der verwendeten passiven Wandler kaum noch eine Rolle. Preis und Leistungsfähigkeit werden einzig durch das Lasersystem (die zumindest eine Laservorrichtung) bestimmt.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein smarter Schallaufnehmer und/oder ein Lasermikrofon bei möglichst geringem Verkabelungsaufwand bereitgestellt werden kann.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- passiver Wandler
- 12
- Laservorrichtung
- 12B
- beifahrerseitige Laservorrichtung
- 12F
- fahrerseitige Laservorrichtung
- 14
- Schallwellen
- 16
- mechanische Schwingung
- 18
- Auftreffpunkt
- 18G
- Gehäuseauftreffpunkt
- 18M
- Membranauftreffpunkt
- 18*
- optimaler Auftreffpunkt
- 20
- reflektierte Laserstrahlung
- 22
- Streulicht
- 24
- Lichtbegrenzung
- 26
- Einmesselement
- 28
- Fahrzeug
- 30
- Gruppe
- 30B
- beifahrerseitige Gruppe
- 30F
- fahrerseitige Gruppe
- 32
- Abtastanordnung
- 34
- Kabel
- 101
- Gehäuse
- 102
- Membran
- 103
- Befestigung
- 104
- Hohlraum
- 121
- Laserstrahlung
- 122
- Laserstrahl
- 122G
- Gehäuselaserstrahl
- 122M
- Membranlaserstrahl
- 123
- Erfassungseinheit
- 241
- Eintrittsöffnung
- 261
- torusförmiges Einmesselement
- 262
- kreisförmiges Einmesselement