Tragbare Schallwiedergabevorrichtung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine tragbare Schallwiedergabevorrichtung mit einer Schallabspieleinrichtung und mindestens einem Schallwandler, der mit der Schallabspieleinrichtung über eine Signalverbindung verbunden ist.

[0002] Bei einer solchen tragbaren Schallwiedergabevorrichtung ist der Schallwandler üblicher Weise in Form eines Kopfhörers realisiert, der akustische Signale aussendet, die elektrischen Signalen von der Schallabspieleinrichtung zugeordnet sind.

[0003] Allgemein besteht eine Entwicklungsrichtung im Hinblick auf Schallwiedergabevorrichtungen darin, eine räumliche Wahrnehmung einer Schallquelle zu erzielen, wobei das Schallsignal mit einer sog. "Head Related Transfer Function" "(HRTF)" gefiltert wird. Solche Funktionen beschreiben die Schallübertragung zwischen einem Punkt im Raum, an dem eine Schallquelle angeordnet ist, und dem Schalldruck am Ort des Empfängers. Die Funktionen hängen von der Position der Schallquelle sowie von einer Orientierung des Schallwandlers im Raum ab, wobei die Orientierung des Schallwandlers, wenn er als Kopfhörer ausgebildet ist, von einer Orientierung des Kopfes eines Benutzers der Schallwiedergabevorrichtung abhängt.

[0004] Optimale Ergebnisse zum Herbeiführen einer räumlichen Wahrnehmung einer ortsfesten Schallquelle werden erreicht, wenn die Funktion ständig an die Position des Kopfes des Benutzers angepasst wird, so dass der Schall immer von der gleichen virtuellen Position im Raum zu kommen scheint.

[0005] Ein solcher akustischer Effekt ist jedoch bisher bei tragbaren Schallwiedergabevorrichtungen nicht erzielbar. Aus dem Stand der Technik ist nämlich bisher eine Anordnung bekannt, bei der ein Schallabspielgerät ortsfest angeordnet ist, während ein Schallwandler in Form eines Kopfhörers mobil ausgestaltet ist, so dass sich ein Benutzer der Anordnung insgesamt frei im Raum bewegen kann. Ein ebenfalls ortsfester Sender sendet ein Referenzsignal, beispielsweise ein Magnetfeld, aus, das von in den Kopfhörer eingebauten Sensoren empfangen wird. Diese empfangenen Signale werden an eine Steuereinrichtung übertragen, die anhand des gesendeten Referenzsignals und der von den Sensoren empfangenen Signale die Kopforientierung bzw. die Orientierung des Schallwandlers im Raum ermitteln kann: Aufgrund dessen wird die oben angesprochene Funktion so angepasst, dass der Benutzer des Kopfhörers den Eindruck gewinnt, die Position seiner Schallquelle bleibe ortsfest. Da der im Stand der Technik vorgesehene Sender für das Referenzsignal sich in einer festen Position im Raum befinden muss, ist die Anordnung insgesamt ungeeignet für tragbare Schallwiedergabevorrichtungen.

[0006] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine tragbare Schallwiedergabevorrichtung zu schaffen, die eine räumliche Wahrnehmung einer Schallquelle durch einen Benutzer der Schallwiedergabevorrichtung gestattet.

[0007] Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten tragbaren Schallwiedergabevorrichtung dadurch gelöst, dass die Schallwiedergabevorrichtung mit Sensoren zum Erfassen von Orientierungsdaten über die Orientierung des Schallwandlers im Raum ausgestattet ist und dass die Schallabspieleinrichtung, der die Orientierungsdaten von den Sensoren aus über eine weitere Signalverbindung zugeleitet werden, eine Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung zum Vergleichen aktueller Orientierungsdaten mit Referenzdaten zum Bestimmen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schallausgabesignalfilters des Schallabspielgerätes aufgrund eines Ergebnisses der Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung aufweist, so dass eine virtuelle Schallquelle, die von dem Schallwandler gebildet wird, bei einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum im wesentlichen ortsfest bleibt.

[0008] Als Schallabspieleinrichtungen kommen insbesondere MP3-Player und Kommunikationsendgeräte, die auch Schallsignale abspielen können, in Frage. Bei der tragbaren Schallwiedergabevorrichtung kann vollständig auf den im Stand der Technik vorgesehenen, ortsfesten Referenzsignale-Sender verzichtet werden. Vielmehr können erforderliche Referenzdaten unmittelbar an der Schallabspieleinrichtung vorliegen, so dass die Steuereinrichtung aufgrund der Referenzdaten und der Orientierungsdaten von den Sensoren eine aktuelle Orientierung des Kopfes eines Benutzers, der einen Kopfhörer verwendet, umsetzen kann.

[0009] Als Referenzdaten sind jegliche Daten denkbar, die es gestatten, eine relative Änderung der Orientierung des Schallwandlers im Raum zu bestimmen. So können die Referenzdaten Daten der Sensoren sein, die einer vorbestimmten Nulllage des Schallwandlers entsprechen, während die Sensoren Orientierungsdaten übermitteln, die eine bestimmte Orientierung des Schallwandlers im dreidimensionalen Raum beschreiben.

[0010] Alternativ können die Referenzdaten auch mit einer vorbestimmten Häufigkeit aktualisiert werden, wobei jeweils relative Änderungen eines vorhergehenden Datensatzes zu einem aktuellen Datensatz festgestellt werden, wobei jeder Datensatz einer bestimmten Orientierung des Schallwandlers im Raum zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich aufgrund einer Autokorrelation zwischen den Orientierungsdaten und den Referenzdaten auf eine Änderung der Orientierung des Schallwandlers im Raum rückschließen.

[0011] Bevorzug ist die Steuereinrichtung zum Anpassen einer auf einen menschlichen Kopf bezogenen Übertragungsfunktion ("HRTF", "head related transfer function") ausgebildet, die eine Schallübertragung zwischen der virtuellen Schallquelle und dem Schalldruck des Schallwandlers beschreibt.

[0012] Diese Übertragungsfunktion wird abhängig von den Ergebnissen der Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung so angepasst, dass die virtuelle Schallquelle für einen Benutzer der tragbaren Schallwiedergabevorrichtung im wesentlichen ortsfest bleibt. Wie im Stand der Technik bekannt, durchlaufen die Roh-Schallsignale von der Schallabspieleinrichtung aus ein Filter, das durch die Übertragungsfunktion, die von der Orientierung des Schallwandlers im Raum abhängt, charakterisiert ist, bevor sie zum Schallwandler gelangen.

[0013] Die Schallwiedergabevorrichtung kann einen Orientierungs-Referenzsignalgeber aufweisen, der in einem im wesentlichen gleichbleibenden Abstand zu dem Schallwandler angeordnet ist, wobei die Sensoren zum Erfassen von Komponenten eines Referenzsignals als die Orientierungsdaten ausgebildet sein können. Der Referenzsignalgeber kann beispielsweise ein Magnetfeld erzeugen, dessen drei Raumkomponenten von drei geeignet angeordneten Sensoren erfasst werden können. Die so ermittelten Orientierungsdaten können dann mit für eine Nulllage des Schallwandlers repräsentativen Referenzdaten verglichen werden, um eine aktuelle Orientierung des Schallwandlers im Raum festzustellen. Der Orientierungs-Referenzsignalgeber kann beispielsweise in die Schallabspieleinrichtung integriert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass er in der Nähe des mindestens einen Schallwandlers angeordnet ist. Wesentlich ist lediglich, dass er zum Folgen einer translatorischen Bewegung des mindestens einen Schallwandlers im Raum angeordnet ist.

[0014] Wenn beispielsweise der Orientierungs-Referenzsignalgeber dem mindestens einen Schallwandler benachbart angeordnet ist, können sich die Sensoren für die Orientierungsdaten an der Schallabspieleinrichtung befinden.

[0015] Wenn der Orientierungs-Referenzsignalgeber bei einer Ausführungsform in ein Kommunikationsendgerät mit zugehöriger Antenne integriert ist, können seine Referenzsignale über die standardmäßig vorhandene Antenne ausgestrahlt werden, wobei sich dann die Sensoren zum Erfassen von Orientierungsdaten an dem Schallwandler befinden werden.

[0016] Bevorzugt ist der Orientierungs-Referenzsignalgeber in das Abspielgerät integriert.

[0017] Es ist alternativ möglich, dass mindestens eine optische Kamera zum fortlaufenden Erfassen aktueller Bilddaten als die Orientierungsdaten vorgesehen ist, die zum Folgen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum angebracht ist. Die optische Kamera kann beispielsweise unmittelbar an einem Schallwandler befestigt sein und fortlaufend Bilder einer wenigstens teilweise ortsfesten Umgebung eines Benutzers der Schallwiedergabevorrichtung aufnehmen. Anhand der aufgenommenen Bildsignale kann die Orientierung des Schallwandlers im Raum bestimmt werden. Durch Vergleich bzw. Autokorrelation zwischen aktuellen Bilddaten als Orientierungsdaten und vorhergehenden Bilddaten als Referenzdaten können diese Umorientierungen des Schallwandlers im Raum erfasst werden.

[0018] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend noch näher beschrieben.

[0019] Bei einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Schallwiedergabevorrichtung ein Kommunikationsendgerät, das zum Abspielen von Schallsignalen geeignet ist, und einen Kopfhörer mit zwei Schallwandlern auf. Roh-Schallsignale werden von dem Kommunikationsendgerät mit Übertragungsfunktionen gefiltert, die sich auf die Orientierung der Schallwandler im Raum beziehen, um eine räumliche Wahrnehmung der Schallsignale (Musik) zu simulieren. Die Übertragungsfunktionen sind so beschaffen, dass ein Benutzer des Kopfhörers den Eindruck gewinnt, die Schallsignale stammten von einer bestimmten Position im Raum, an dem eine virtuelle Schallquelle angeordnet ist.

[0020] Das Kommunikationsendgerät bildet mittels eines Orientierungsdaten-Referenzgebers ein Magnetfeld, dessen Feldstärke so gewählt ist, dass drei orthogonale Spulen am Kopfhörer als Sensoren das Referenzsignal empfangen können.

[0021] Das Kommunikationsendgerät befindet sich in einem im wesentlichen festen Abstand von dem Kopfhörer und wird beispielsweise in einer Jacken- oder Hosentasche eines Benutzers des Kopfhörers getragen.

[0022] Über eine Signalverbindung empfängt das Kommunikationsendgerät die von den Sensoren kommenden Signale, die Komponenten des statischen Magnetfeldes wiedergeben, so dass Orientierungsdaten von den Sensoren dem Kommunikationsendgerät, dort einer Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung, zugeleitet werden. Als Referenzdaten werden Sensormesswerte für eine vorbestimmte Nulllage des Kopfhörers verwendet. Abhängig von den Differenzen zwischen den Orientierungsdaten und der Referenzdaten werden die oben angesprochenen Übertragungsfunktionen mittels einer Steuereinrichtung geändert, so dass die Lage der virtuellen Schallquelle unabhängig von einer aktuellen Orientierung des Kopfhörers konstant bleibt.

[0023] Es ist darauf hinzuweisen, dass der Orientierungs-Referenzsignalgeber, der das Referenzsignal aussendet, nicht notwendiger Weise in das Kommunikationsendgerät als Schallabspieleinrichtung integriert sein muss. Vielmehr ist es auch möglich, dass es sich bei dem Referenzsignalgeber um ein gesondertes Zusatzgerät handelt.

[0024] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Schallabspielgerät wiederum als Kommunikationsendgerät ausgeführt, das auch Schallsignale abspielen kann. In ähnlicher Weise wie im vorhergesehen Ausführungsbeispiel sind Übertragungsfunktionen zum Filtern von Roh-Schallsignale von dem Kommunikationsendgerät vorgesehen, die als Filter für die Roh-Schallsignale dienen.

[0025] Wiederum soll ein Kopfhörer vorgesehen sein, um die gefilterten Roh-Schallsignale wiederzugeben. An diesem Kopfhörer sind eine oder mehrere optische Kameras vorgesehen, die beispielsweise mit einer Wiederholrate von wenigstens 60 Hz Bilddaten aufnehmen, die für eine aktuelle Orientierung des Kopfhörers im Raum repräsentativ sind. Die Bilddaten eines vorhergehenden Bildes als Referenzdaten werden in einer Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung mit einem aktuellen Bild, das aus Orientierungsdaten besteht, verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs bzw. einer Autokorrelation zwischen dem vorhergehenden und dem aktuellen Bild liefert Rückschlüsse über die aktuelle Orientierung des Kopfhörers im Raum, so dass, wie oben bereits erläutert, eine Anpassung der Übertragungsfunktionen über eine Steuereinrichtung des Kommunikationsendgerätes vorgenommen werden kann.

[0026] Für die optischen Kameras können insbesondere CMOS-Kameras eingesetzt werden, die sehr klein und kostengünstig sind, so dass die Schallwiedergabevorrichtung ohne großen Aufwand herstellbar ist.

[0027] Bei jeder der beiden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist jeweils eine Signalverbindung für die gefilterten Schallsignale und eine Signalverbindung für die Sensorsignale vorgesehen, wobei im ersten Ausführungsbeispiel die drei orthogonalen Spulen und im zweiten Ausführungsbeispiel die optischen Kameras die Sensoren bilden.

[0028] Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf den Einsatz bei Kommunikationsendgeräten als Schallabspieleinrichtungen beschränkt ist. Vielmehr kommen jegliche tragbaren Schallabspieleinrichtungen als Komponenten der Schallwiedergabevorrichtung nach der Erfindung in Frage, die mit einer Steuereinrichtung und einer Vergleichseinrichtung nach der Erfindung ausgestattet werden können.

Ansprüche

1. Tragbare Schallwiedergabevorrichtung mit einer Schallabspieleinrichtung und mindestens einem Schallwandler, der mit der Schallabspieleinrichtung über eine Signalverbindung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schallwiedergabevorrichtung mit Sensoren zum Erfassen von Orientierungsdaten über die Orientierung des Schallwandlers im Raum ausgestattet ist und
dass die Schallabspieleinrichtung, der die Orientierungsdaten von den Sensoren aus über eine weitere Signalverbindung zugeleitet werden, eine Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung zum Vergleichen aktueller Orientierungsdaten mit Referenzdaten zum Bestimmen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schallausgabesignalfilters des Schallabspielgerätes aufgrund eines Ergebnisses der Orientierungsdaten-Vergleichseinrichtung aufweist, so dass eine virtuelle Schallquelle, die von dem Schallwandler gebildet wird, bei einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum im wesentlichen ortsfest bleibt.

2. Schallwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung zum Anpassen einer auf einen menschlichen Kopf bezogenen Übertragungsfunktion ("HRTF", "head related transfer function") ausgebildet ist, die eine Schallübertragung zwischen der virtuellen Schallquelle und dem Schalldruck des Schallwandlers beschreibt.

3. Schallwiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen Orientierungs-Referenzsignalgeber aufweist, der in einem in wesentlichen gleichbleibenden Abstand zu dem Schallwandler angeordnet ist, und die Sensoren zum Erfassen von Komponenten eines Referenzsignals als die Orientierungsdaten ausgebildet sind.

4. Schallwiedergabevorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Orientierungs-Referenzsignalgeber in das Schallabspielgerät integriert ist.

5. Schallwiedergabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine optische Kamera zum fortlaufenden Erfassen aktueller Bilddaten als die Orientierungsdaten vorgesehen ist, die zum Folgen einer Umorientierung des Schallwandlers im Raum angebracht ist.