DE10148006A1 - Portable sound reproduction device for producing three-dimensional hearing impression has device for determining head orientation with magnetic field sensor(s) for detecting Earth's field - Google Patents
Portable sound reproduction device for producing three-dimensional hearing impression has device for determining head orientation with magnetic field sensor(s) for detecting Earth's fieldInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine tragbare Schallwiedergabeeinrichtung, insbesondere Kopfhörer oder Helm mit integrierten Schallgebern, zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höreindrucks. The invention relates to a portable Sound reproduction device, in particular headphones or helmet with integrated Sounders, to create a three-dimensional Hearing impression.
Es ist bekannt Schallwiedergabeeinrichtungen, beispielsweise an Stereofernsehgeräten angeordnete, derart auszugestalten, dass der abgegebene Schall bei einem Hörer den Eindruck räumlich verteilter Schallquellen entstehen lässt. Sound reproduction devices are known, for example to be arranged on stereo television sets in such a way that the emitted sound gives the impression to a listener spatially distributed sound sources.
Des Weiteren ist es bekannt eine derartige räumliche Darbietung von Schallquellen (3D-Audio) mit Hilfe von Kopfhörern zu realisieren. It is also known to realize it such a spatial presentation of sound sources (3 D-Audio) using headphones.
Bei diesen 3D-Audio Kopfhörern werden räumliche Schalleffekte im Allgemeinen durch eine binauralen Wiedergabe erzielt. D. h. den beiden Ohren eines Nutzers des Kopfhörers werden unterschiedliche Schallwellen zugeführt, so dass bei der Verarbeitung dieser Schallwellen im Gehirn der Eindruck verteilter Schallquellen entsteht. These 3D audio headphones have spatial sound effects generally achieved by binaural reproduction. I.e. the two ears of a user of the headphones different sound waves are supplied so that when Processing these sound waves in the brain gives the impression of being distributed Sound sources arise.
Für die binaurale Wiedergabe mittels Kopfhörer, werden die virtuellen Orte dieser verteilten Schallquellen relativ zu den Koordinaten des Kopfes erzeugt. Dazu werden sogenannte kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (head-related-transfer- functions - HRTF) bestimmt, die mit den gewünschten Audiosignalen im Zeitbereich gefaltet werden. For binaural playback using headphones, the virtual locations of these distributed sound sources relative to the coordinates of the head. So-called head-related transfer functions functions - HRTF) determines that with the desired Audio signals are folded in the time domain.
Bei einer Bewegung des Kopfes ergibt sich jedoch das Problem, dass die (virtuellen) Schallquellen den Kopfbewegungen des Hörers folgen, wobei die künstlich hervorgerufene dreidimensionale Schallwahrnehmung der natürlichen Schallwahrnehmung bei realen ortsfesten Schallquellen nicht entspricht. However, if the head moves, the problem arises that the (virtual) sound sources correspond to the head movements of the Follow the listener, the artificially induced three-dimensional sound perception of natural sound perception does not correspond to real stationary sound sources.
Bislang wird das Problem durch sogenannte "Head-Tracker" gelöst. Bei diesen Bewegungsverfolgungssystemen handelt es sich im Allgemeinen um eine Anordnung mehrerer Kameras (Triangulation), die eine 3D-Information durch Videoaufnahmen verschieden Perspektiven des Kopfes und Auswertung der Kopfbewegung bzw. der Bewegung spezieller am Kopf bzw. Kopfhörer angebrachter Markierungspunkte. So far, the problem is caused by so-called "head trackers" solved. These are motion tracking systems generally an arrangement of multiple cameras (Triangulation), which is a 3D information through video recordings different perspectives of the head and evaluation of the head movement or the movement more specifically on the head or headphones attached marking points.
Zum Teil werden auch Infrarotsysteme verwendet, bei denen ebenfalls die Position und Orientierung relativ zu einer Referenzposition im Raum bestimmt wird. In some cases, infrared systems are used in which also the position and orientation relative to one Reference position in the room is determined.
Auch der Einsatz von Markierungspunkten, welche elektromagnetische Wellen aussenden, die von einer Anordnung entsprechender elektromagnetischer Sensoren erfasst werden, als Alternative zur videotechnischen Bewegungsverfolgung ist bekannt. Also the use of marker points, which emit electromagnetic waves from an arrangement corresponding electromagnetic sensors are detected as An alternative to video-based motion tracking is known.
Durch die "Head-Tracking" Systeme ist es möglich die Positionen des Hörers bzw. der Ohren relativ zum Raum zu Detektieren und auf Grundlage dieser Detektion die Orte der virtuell erzeugten Schallquellen dynamisch - analog zur Kopfbewegung - zu verändern, so dass die virtuellen Schallquellen relativ zum Raum konstant bleiben. Through the "head tracking" systems it is possible Detect positions of the listener or ears relative to the room and based on this detection the locations of the virtual generated sound sources dynamically - analogous to head movement - to change so that the virtual sound sources are relative remain constant to the room.
Nachteilig bei diesen Systemen ist, dass sie ein Mess- oder Sendesystem benötigen, die ortsfest angeordnet sein müssen. The disadvantage of these systems is that they are a measurement or Require transmission system, which must be arranged in a fixed position.
Zudem dürfen insbesondere bei optischen Bewegungsverfolgungssystemen, wie beispielsweise Infrarot- oder Videosystemen, keine Hindernisse zwischen Sensor und Kopfhörer existieren. In addition, especially with optical Motion tracking systems, such as infrared or video systems, there are no obstacles between the sensor and headphones.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Schallwiedergabeeinrichtung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höreindrucks so auszugestalten, dass eine höhere Mobilität und Flexibilität gewährleistet wird. The object underlying the invention is a Sound reproduction device for generating a three-dimensional auditory impression so that a higher Mobility and flexibility is guaranteed.
Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Kennzeichnenden Merkmale gelöst. The task is based on the preamble of claim 1 solved by the characteristic features.
Gemäß Anspruch 1, wird bei einer zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höreindrucks ausgestalteten tragbaren Schallwiedergabeeinrichtung, insbesondere einem Kopfhörer oder Helm mit integrierten Schallgebern, eine in die tragbare Schallwiedergabeeinrichtung integrierte Einrichtung zur Positionsbestimmung vorgesehen. According to claim 1, is used to generate a three-dimensional audio impression designed portable Sound reproduction device, in particular a headphone or helmet with built-in sounders, one in the portable Sound reproduction device integrated device for Position determination provided.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine erhebliche Vereinfachung der dreidimensionalen Schallerzeugung erreicht, da eine für die dreidimensionale Schallerzeugung notwendige Ermittlung der Kopfposition eines Nutzers des Kopfhörers vor Ort durchgeführt wird. Es ist daher auch möglich, dass solche Kopfhörer in Verbindung mit mobilen Endgeräten genutzt werden können, so dass beispielsweise auch beim Telefonieren mit einem Mobilfunkendgerät eine dreidimensionale Schallwiedergabe simuliert wird. Zudem wird eine kostengünstige Realisierung erreicht, da keine Übertragungseinrichtung erforderlich ist, die dem Kopfhörer aktuelle Positionsdaten übermittelt, so dass auch Verzögerungen und Fehler durch den Übertragungsweg minimiert werden. The arrangement according to the invention is a considerable one Simplification of three-dimensional sound generation achieved because one necessary for the three-dimensional sound generation Determination of the head position of a user of the headphones before Place is carried out. It is therefore also possible that such Headphones can be used in connection with mobile devices can, so that, for example, when making calls with a three-dimensional sound reproduction for a mobile terminal is simulated. In addition, an inexpensive implementation reached since no transmission device is required, the current position data transmitted to the headphones, so that also delays and errors due to the transmission path be minimized.
Vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung mit mindestens einem Magnetsensor zur Erfassung des Erdmagnetfelds, da hiermit eine sehr einfache realisierbare Ermittlung der Orientierung, des Nutzers insbesondere Orientierung seines Kopfes, erreicht werden kann. Zudem kann auf sehr einfache Weise eine Orientierung relativ zu weiteren, ebenfalls mit Magnetsensoren ausgestalteten, Objekten, beispielsweise weiteren Nutzern, welche sich gemeinsam in einer virtuellen Realität befinden, ermitteln, da das Erdmagnetfeld ein gemeinsame Bezugsgröße darstellt. Die Ermittlung der Orientierung im Verhältnis zu anderen Nutzern ist beispielsweise in der Anwendung von virtuellen Realitäten von Vorteil, bei denen eine Unterhaltung mit weiteren sich in der virtuellen Realität befindenden Personen realisiert wird. The configuration of the Head orientation determination device with at least one magnetic sensor for Detection of the earth's magnetic field, because it is a very simple feasible determination of the orientation, the user especially orientation of his head can be achieved. In addition, an orientation relative to can be very easily further, also with magnetic sensors, Objects, for example other users, who are together are in a virtual reality, because that Earth's magnetic field is a common reference. The Determination of the orientation in relation to other users for example in the application of virtual realities from Advantage in which a conversation with others can be found in the virtual reality is realized.
Weist Kopforientierungsbestimmungseinrichtung mindestens einen Beschleunigungssensor, insbesondere einen Accelerometer, auf, lassen sich neben gleichmäßigen Bewegungen in besonderem Maße ruckartige Bewegungen, wie beispielsweise ein Nicken oder Kopfschütteln, erfassen. Has head orientation determining device at least an acceleration sensor, in particular an accelerometer, in addition to smooth movements in particular Dimensions of jerky movements, such as a nod or shaking your head.
Ruckartige Bewegungen lassen sich auch erfassen, wenn die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung alternativ oder ergänzend mindestens einen Sensor zur Trägheitsmessung, insbesondere Gyroskop, aufweist, wobei hierbei auch präzise Ergebnisse bei der Erfassung gleichmäßiger Bewegung erzielt werden. Jerky movements can also be detected when the Head orientation determination device alternatively or additionally at least one sensor for measuring inertia, in particular gyroscope, which is also precise Achieved results in steady motion detection become.
Kopfbewegungen wie, beispielweise ein Nicken, lassen sich auch erfassen, wenn die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung alternativ oder ergänzend mindestens einen Drehratensensor ("angular rate sensor", "yaw rate sensor") aufweist. Head movements such as nodding can be done also capture if the Head orientation determination device alternatively or additionally at least one Has angular rate sensor ("angular rate sensor", "yaw rate sensor").
Ist die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung derart ausgestaltet, dass sie eine Positionsbestimmung ermöglicht wird, kann man neben der Berücksichtigung der Orientierung des Kopfes auch die Position zur Berechnung der virtuellen Schallquelle Berücksichtigen. Is the head orientation determination device such designed to enable position determination, besides taking into account the orientation of the Head also the position to calculate the virtual Take sound source into account.
Von Vorteil ist es, wenn die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, die mit einem festgelegten Kippwinkel angeordnet sind, aufweist, da durch die feste Bezugsgröße Koordinaten, beispielsweise zur Erfassung einer Bewegung in einer Ebene, ermittelt werden können. Weist die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung zusätzlich einen dritten Sensor auf, der sowohl zum ersten Sensor als auch zweiten Sensor mit je einem festen Kippwinkel angeordnet ist, wird eine Erfassung einer Bewegung im Raum ermöglicht, wobei bei einem Kippwinkel von 90° eine orthogonale Anordnung gegeben ist und damit ein orthogonales Koordinatensystem zugrundegelegt werden kann. It is an advantage if the Head orientation determination device a first sensor and a second sensor, the are arranged with a fixed tilt angle, because by the fixed reference variable coordinates, for example to detect movement in a plane can. Instructs the head orientation determiner additionally a third sensor, which is used both for the first Sensor as well as second sensor, each with a fixed tilt angle is arranged, a detection of a movement in space allows, with a tilt angle of 90 ° orthogonal arrangement is given and thus an orthogonal Coordinate system can be used.
Eine tragbare Steuereinrichtung, die eine Kopforientierungsbestimmungseinrichtung mit einer eigenen Steuereinrichtung sowie einer Einrichtung zur Manipulation von Audiosignalen aufweist, ermöglicht es eine Schallquelle die lediglich Audiosignale mit einem zweidimensionalen Höreindruck erzeugt, um die Funktion des dreidimensionalen Höreindrucks zu erweitern, wobei hierzu die Steuereinrichtung unter Einbeziehung der von der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung ermittelten Position bzw. Orientierung des Nutzers bzw. seines Kopfes, die Manipulationseinrichtung derart ansteuert, dass sie aus den "zweidimensionalen" Audiosignalen, Audiosignale, die einen dreidimensionalen Höreindruck vermitteln, erzeugt und an die Schallwiedergabeeinrichtung weitergibt. A portable control device that a Head orientation determination device with its own control device and a device for manipulating audio signals has, it only allows a sound source Generates audio signals with a two-dimensional auditory impression, to the function of the three-dimensional auditory impression expand, including the control device that of the head orientation determination device determined position or orientation of the user or his Head that controls the manipulation device so that it from the "two-dimensional" audio signals, audio signals that convey, generate and produce a three-dimensional auditory impression passes on to the sound reproduction device.
Ist jedoch eine Schallquelle selbst in der Lage Audiosignale zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höreindruck auf Basis von Positionsdaten zu generieren, ist es von Vorteil wenn die mit der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung ausgestaltete tragbare Schallwiedergabeeinrichtung eine Schnittstelle aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass von der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung erfasste Messdaten an ein eine Steuereinrichtung aufweisendes Endgerät sowie von dem Endgerät unter Einbeziehung der Messdaten generierte Audiosignale an die tragbare Schallwiedergabeeinrichtung übermittelt werden. Zudem wird durch diese Auslagerung von Funktionen eine Raumbedarfs-, Gewichts- sowie Energieverbrauchsminimierung der tragbaren Schallwiedergabeeinrichtung erreicht. However, a sound source itself is capable of audio signals to generate a three-dimensional auditory impression based on To generate position data, it is an advantage if with the head orientation determination device designed portable sound reproduction device a Has interface that is designed such that the Head orientation determination device records measured data a terminal having a control device and generated on the end device including the measurement data Audio signals to the portable sound reproduction device be transmitted. In addition, this outsourcing of Functions a space requirement, weight as well Minimizing energy consumption of the portable sound reproduction device reached.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der einzigen Figur dargestellten und im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt Further advantages and details of the invention will become apparent from one shown in the single figure and below described embodiment explained. It shows
Figur einen modellhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen tragbaren Schallwiedergabeeinrichtung. Figure a model structure of an inventive portable sound reproduction device.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Kopfhörers KH mit einer im Kopfhörer integrierten Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO, der über eine Schnittstelle SS der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO einem Mobiltelefon MT verbunden ist. The embodiment shown in the figure shows the basic structure of a designed according to the invention KH headphones with an integrated in the headphones Head orientation determination device KO, which has a Interface SS of the head orientation determination device KO one Mobile phone MT is connected.
Über die Schnittstelle SS werden von der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO, die hierzu lediglich Beschleunigungs-, Erdmagnet und/oder Trägheitssensoren aufweist, Messdaten an eine Steuereinrichtung des Mobilteils MT übermittelt, so dass die Steuereinrichtung des Mobilteils MT, eine aktuelle Kopfposition bzw. -orientierung berechnen, das Generieren Audiosignalen und das Übertragen an den Kopfhörer KH steuern kann. Via the interface SS from the Head orientation determination device KO, this only Has acceleration, earth magnet and / or inertia sensors, Measurement data to a control device of the mobile part MT transmitted so that the control device of the handset MT, a calculate current head position or orientation, the Generate audio signals and transmit them to the KH headphones can control.
Hierdurch wird gewährleistet, dass für das Erzeugen eines dreidimensionalen Höreindrucks berechnete sowie für das Generieren als mathematisches Modell zugrundegelegte virtuelle Schallquellen auch bei einer Drehung des Kopfes, so wahrgenommen werden, als wären sie an einem festen Punkt im Raum angeordnet, da durch die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO eine Echtzeiterfassung der Kopfbewegung erfolgt. This ensures that for generating a three-dimensional auditory impression calculated as well as for that Generate virtual as a mathematical model Sound sources even when the head is turned, so are perceived as if they were at a fixed point in space arranged as by the Head orientation determination device KO real-time detection of the head movement takes place.
Alternativ ist es auch möglich, die Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO mit einer eigenen Steuereinrichtung auszugestalten, die bereits vorliegende Audiosignale eines Endgerätes, dass nicht zur Erzeugung Audiosignalen, die einen dreidimensionalen Höreindruckeindruck vermitteln, ausgestaltet ist, auf Basis der von der Kopforientierungsbestimmungseinrichtung KO ermittelten Messdaten zu Manipulieren, so dass ein dreidimensionaler Höreindruck ermöglicht wird. Alternatively, it is also possible to use the Head orientation determination device KO with its own control device to design the existing audio signals of a Terminal that does not generate audio signals that a convey three-dimensional auditory impression, is designed on the basis of the Head orientation determination device KO to manipulate measured data so that a three-dimensional auditory impression is made possible.
Diese Alternative bringt den weiteren Vorteil, dass beliebige, lediglich eine übliche Kopfhörerschnittstelle aufweisende, Audioendgeräte zur Erzeugung eines dreidimensionalen Höreindrucks befähigt werden. This alternative has the further advantage that any, just a common headphone interface having, audio terminals for generating a three-dimensional Be empowered to listen.
Für eine Erfassung aller drei orthogonalen Komponenten (Koordinaten) der Orientierung sind im Allgemeinen drei orthogonal angebrachte Sensoren erforderlich. Für eine Orientierung in der Horizontalebene sind lediglich zwei Magnetfeldsensoren vorzusehen, wobei eine beliebige Kombination von Beschleunigungs-, Trägheits-, Drehratensensoren und Magnetfeldsensoren zu einer hybriden Kopforientierungsbestimmungseinrichtung denkbar ist. For an acquisition of all three orthogonal components (Coordinates) of orientation are generally three orthogonal attached sensors required. For an orientation in the horizontal plane are only two magnetic field sensors provide any combination of Acceleration, inertia, rotation rate sensors and magnetic field sensors to a hybrid head orientation determination device is conceivable.
Zudem reduziert sich durch die Anordnung eine bei Systemen zur binauralen Schallerzeugung durch eine Kopfnachführung verursachte unter dem Stichwort "Im-Kopf-Lokalisation" bekannte Problematik. The arrangement also reduces systems for binaural sound generation through head tracking caused under the keyword "in-the-head localization" known problems.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
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| 8131 | Rejection |