DE102004048990A1

DE102004048990A1 - Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004048990A1
Application number: DE200410048990
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Opfer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-06
Also published as: US8848938B2; CN101036415A; US20080192953A1; EP1800513A1; WO2006037586A1; CN101036415B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Lautsprecher, der von einem Audio-Prozessor ansteuerbar ist, wobei der Lautsprecher als mindestens ein elektrostatischer Flächen-Lautsprecher (LS1.1-LS1.6; 1; 2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug.

Lautsprecheranordnungen in einem Kraftfahrzeug sind seit langem bekannt und dienen primär der Abstrahlung von Audiosignalen. Die Audio-Signalquellen sind beispielsweise Radios, CD-, MP3- oder DVD-Player. Darüber hinaus werden die Lautsprecher verstärkt zum Abstrahlen von akustischen Informationen beispielsweise eines Navigationssystems und/oder eines Einparkhilfe-Assistenzsystems verwendet.

Herkömmliche Lautsprecher in einem Kraftfahrzeug sind als elektrodynamische Lautsprecher mit Permanentmagneten aufgebaut. Diese sind relativ voluminös und schwer, was aufgrund des begrenzten Bauraums in einem Kraftfahrzeug häufig zu Kompromissen zwischen Einbauort und Abstrahlcharakteristik führt.

Aus der JP 2004 056 564 A ist ein Flächen-Lautsprecher bekannt, der hinter dem Dachhimmel angeordnet ist, so dass hinsichtlich Größe und Form ein größerer Freiheitsgrad besteht.

Aus der DE 199 58 836 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Kommunikation in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Sprachsignale der Insassen eines Fahrzeugs für jeden Insassen einzeln über ein ihm im Rahmen seines Sitzplatzes zugeordnetes Mikrofon aufgenommen werden, wobei die aufgenommenen Sprachsignale für jeden Insassen getrennt in einer Eingangsstufe verstärkt und zur Startpegelminimierung und Frequenzanpassung gefiltert werden, wobei die verstärkten und gefilterten Sprachsignale jedes einzelnen Insassen zur Aufteilung auf die Ausgangskanäle und damit zur Aufteilung auf die einzelnen Komponenten einer aus Lautsprechern bestehenden Sprachausgabeeinrichtung, in Abhängigkeit der örtlichen Zuordnung des Mikrofons im Fahrzeug, über welches das Sprachsignal aufgenommen wurde und in Abhängigkeit der örtlichen Zuordnung jedes einzelnen Lautsprechers der Sprachausgabeeinrichtung im Fahrzeug, über die das Sprachsignal ausgegeben werden soll, über eine Summier- und Verteilstufe einer für jeden Ausgangskanal individuellen Signalverarbeitung in Form einer Laufzeitkorrektur und einer Pegeldifferenzierung unterzogen wird und die Zuordnung des für jeden Ausgangskanal individuell verarbeiteten Sprachsignals zu den einzelnen Ausgangskanälen und damit zu den einzelnen Lautsprechern der Sprachausgabeeinrichtung über eine Anpassstufe erfolgt, in der über eine Pegelanpassung und eine Frequenzanpassung eine auf jeden Ausgangskanal und damit auf jeden Lautsprecher der Sprachausgabeeinrichtung abgestimmte Anpassung des jeweiligen Sprachsignals an die räumlichen Bedingungen des Fahrzeugs und die gewünschte Lautstärke erfolgt. Die Mikrofone können dabei als Richtmikrofone ausgebildet sein. Weiter wird eine Nutzung als Telefoneinrichtung mit freier Zuordnung der Teilnehmer innerhalb des Fahrzeuges vorgeschlagen. Bei einer Nutzung im Rahmen von Telefonprozessen kann aufgrund der Struktur der Vorrichtung ein Gespräch beispielsweise jedem Platz und damit jedem Insassen zugeordnet werden. Die Wiedergabe kann dabei gesteuert über ausgewählte Lautsprecher erfolgen, so dass auch ausgewählte Insassen des Fahrzeuges am Telefongespräch beteiligt werden können. Gleichzeitig kann das Mithören an bestimmten Plätzen eingeschränkt werden. Das geschieht dadurch, dass das ankommende Signal auf entsprechend ausgewählte Lautsprecher geschaltet und als fiktive bzw. virtuelle Sprachquelle behandelt wird. Das oder die abgehenden Signale werden dem gleichen Prozess unterzogen wie das Signal, welches für die interne Kommunikation genutzt wird. Eine Ausgliederung bestimmter Plätze oder Bereiche sowohl von der Aufnahme- als auch von der Wiedergabeseite kann ebenfalls über die Bedieneinheiten der Steuereinheit eingestellt werden.

Aus der WO 99/56498 ist ein akustisches Element bekannt, umfassend mindestens zwei poröse Schichten, die elektrisch leitend oder an einer Seite metallisiert sind. Zwischen den zwei porösen Schichten ist eine isolierte Kunststoffschicht angeordnet, die vorzugsweise zweilagig ausgebildet ist, wobei zwischen den beiden Lagen eine metallische Beschichtung ist, über die die Kunststoffschicht auf ein bestimmtes elektrisches Potential aufladbar ist. An bestimmten Stellen ist die Kunststoffschicht mit den porösen Schichten verbunden. Zwischen zwei solchen Nahtstellen ist ein Luftspalt zwischen den porösen Schichten und der Kunststoffschicht. Durch Anlegen eines Signals an mindestens eine poröse Schicht wird dann die Kunststoffschicht in Schwingung versetzt, wobei vorzugsweise auch die andere poröse Schicht mit dem gegenphasigen Signal beaufschlagt wird. Diese Anordnung stellt einen elektrostatischen Flächen-Lautsprecher dar.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die besser an die baulichen Gegebenheiten in einem Kraftfahrzeug angepasst ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu ist der mindestens eine Lautsprecher als elektrostatischer Flächen-Lautsprecher ausgebildet. Dieser weist gegenüber herkömmlichen elektrodynamischen Lautsprechern den Vorteil auf, dass dieser äußerst flach ist und daher und aufgrund der verwendeten Materialien gut biegbar ist, wodurch die Einbindung in Kraftfahrzeugformteile vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass der nicht aktiv angesteuerte Flächen-Lautsprecher für hohe Frequenzen von beispielsweise größer 1 kHz automatisch als Dämpfer wirkt und so störende Geräusche dämpft.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Lautsprecheranordnung aus mindestens zwei benachbarten Flächen-Lautsprechern gebildet, die mittels unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen zur Einstellung einer Abstrahlcharakteristik ansteuerbar sind. Hierdurch kann die Abstrahlcharakteristik insbesondere bei tiefen Frequenzen erheblich verbessert werden, da es ansonsten bei tiefen Frequenzen zu Nebenkeulen kommt, die zu einem Übersprechens zu benachbarten Fahrzeugsitzen führen. Mittels der komplexen Übertragungsfunktionen kann hingegen ein Richt-Lautsprecher über die gesamte Audio-Frequenz eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn gezielt nur Informationen für eine Person abgestrahlt werden sollen, beispielsweise akustische Fahrtrichtungshinweise eines Navigationssystems. Dabei können die komplexen Übertragungsfunktionen fest eingestellt werden oder aber adaptiv geändert werden, um eine den jeweiligen Gegebenheiten angepasste Abstrahlcharakteristik hinsichtlich Öffnungswinkel und/oder Richtung einzustellen. Unter einem Richtlautsprecher wird dabei eine akustische Quelle verstanden, die in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedlich abstrahlt, wobei die Ausrichtung mit der stärksten Abstrahlung (Hauptkeule) mit einem Winkel von 0° bezeichnet wird. Die Güte eines Richtstrahlers bzw. Richtlautsprechers wird im allgemeinen durch die flächige Ausdehnung des Strahlers im Vergleich zur Wellenlänge der betrachteten Frequenz bestimmt. Eine mögliche Definition des erfindungsgemäßen Richtlautsprechers ist, dass für Frequenzen, deren Wellenlänge kleiner als die Ausdehnung des Strahlers vertikal zur Ausrichtung des Strahlers ist, alle Nebenkeulen der Richtcharakteristik oberhalb von 45° abweichend von der Ausrichtung des Strahlers um mindestens –10 dB kleiner sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die verschiedenen Flächen-Lautsprecher konzentrisch umeinander angeordnet, so dass eine um die Abstrahlrichtung symmetrische Abstrahlcharakteristik einstellbar ist, die einen sehr geringen Öffnungswinkel aufweisen kann. Hierzu sind die Flächen-Lautsprecher entweder als Ringe ausgebildet oder als Rechtecke bzw. Quadrate, die umeinander angeordnet sind.

Alternativ können die Flächen-Lautsprecher streifenförmig nebeneinander angeordnet werden, so dass mindestens ein seitliches Übersprechen verhindert wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist der einfache Aufbau.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können mindestens zwei nebeneinander angeordnete Flächen-Lautsprecher wahlweise als Stereo-Lautsprecher oder als Richtlautsprecher betrieben werden. Dabei kann der Nutzer auswählen, ob dieser beispielsweise bei Musikwiedergaben lieber einen Stereo-Klang haben möchte oder eine gute Richtcharakteristik, um die anderen Fahrzeuginsassen nicht zu stören.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lautsprecheranordnung mindestens einen zweiten Lautsprecher, wobei ein Übersprechen von dem ersten Lautsprecher zu dem zweiten Lautsprecher ermittelbar und/oder erfassbar ist, wobei der zweite Lautsprecher mit einem zum Übersprechen gegenphasigen Signal ansteuerbar ist. Dies entspricht dem Grundprinzip der Active Noise Cancelation ANC, die in Theorie und Praxis bestens bekannt ist. Dabei ist der erste Lautsprecher beispielsweise dem Fahrer und der zweite Lautsprecher beispielsweise dem Beifahrer zugeordnet, wobei der erste und/oder zweite Lautsprecher jeweils durch mehrere Flächen-Lautsprecher gebildet sein können, so dass insbesondere die Verbesserung der Abstrahlcharakteristik mit der ANC kombiniert werden können.

Das Übersprechen kann vorab bestimmt werden bzw. geschätzt werden. Ist die Abstrahlcharakteristik bzw. Übertragungsfunktion bekannt, kann aus dem gesendeten Signal des ersten Lautsprechers das Übersprechen auf den zweiten Lautsprecher berechnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch das Übersprechen erfasst. Hierzu dient mindestens ein Mikrofon. Dabei kann weiter vorzugsweise eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der elektrostatischen Lautsprecher ausgenutzt werden, nämlich dass diese relativ einfach auch als Mikrofon betrieben werden können. Wird an die porösen Schichten keine Signalspannung aktiv angelegt, so führt eine Schallwelle zu einer Auslenkung der Kunststoffschicht, die eine Spannungsänderung an den Elektroden der porösen Schichten zur Folge hat, die als Signalspannung abgreifbar ist. Daher ist es möglich, die Lautsprecher wechselweise auch als Mikrofone zu betrieben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Flächen-Lautsprecher in dem Dachhimmel integriert, da dort relativ viel Bauraum für die flachen Lautsprecher ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Richtmikrofone und/oder Richtlautsprecher mittels eines Wechselrahmens in dem Dachhimmel integriert, wobei die beiden Panel-Seiten eines Richtlautsprechers und/oder Richtmikrofons gegebenenfalls unterschiedliche Motive aufweisen können. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrostatischen Panels symmetrisch aufgebaut sind. Mittels der unterschiedlichen Motive kann beispielsweise ein Motiv an den Dachhimmel angepasst sein, wohingegen das andere Motiv ein Kinder-Dekor aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Dachhimmel selbst aus dem Panel-Material der Flächen-Lautsprecher ausgebildet. Durch entsprechende Strukturierungen können dann Bereiche des Panels als Lautsprecher, Mikrofone oder Zuleitungen definiert werden. Hierdurch wird der Dachhimmel zu einem Multifunktionselement. Vorzugsweise wird dann die poröse Schicht als Isolator ausgebildet, die an der der Kunststoffschicht zugewandten Seite metallisiert ist. Hierdurch liegt an der der Fahrgastzelle zugewandten Seite des Dachhimmels keine Spannung an.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Dachhimmel mindestens ein Biegewellen-Lautsprecher integriert, der vorzugsweise bedarfsweise zu- oder abgeschaltet werden kann. Hierdurch kann der Nutzer beispielsweise zum Abspielen von Musik die Biegewellen-Lautsprecher auswählen, hingegen bei einer Unterstützung einer verbalen Kommunikation die Richtcharakteristik der Flächen-Lautsprecher ausnutzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist den Flächen-Lautsprechern eine Frequenzweiche zugeordnet, wobei die Frequenzanteile kleiner 250 Hz, vorzugsweise kleiner 200 Hz, in Phase auf alle Flächen-Lautsprecher ausgegeben werden, wobei weiter vorzugsweise die Frequenzweiche zu- oder abschaltbar ist. Bei zugeschalteter Frequenzweiche kann dann der Schalldruck für tiefe Frequenzen erhöht werden, was für Musikwiedergaben wünschenswert sein kann. Bei abgeschalteter Frequenzweiche kann hingegen wie zuvor beschrieben die Richtcharakteristik der Lautsprecher eingestellt werden, beispielsweise durch die Wahl unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 eine schematische Darstellung mehrerer streifenförmig angeordneter Flächen-Lautsprecher,
2 eine schematische Darstellung zweier Flächen-Lautsprecher für ein ANC und
3 eine schematische Darstellung einer Integration im Dachhimmel.
In der 1 ist schematisch eine Lautsprecheranordnung 1 in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Die Lautsprecheranordnung 1 umfasst mehrere streifenförmig nebeneinander angeordnete elektrostatische Flächen-Lautsprecher LS1.1–LS1.6, die einem Bereich des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind, beispielsweise dem Fahrersitz. Den Flächen-Lautsprechern LS1.1–LS 1.6 sind jeweils eine Filterfunktion H1(f)–H6(f) vorgeschaltet, die mit dem gleichen Signal s beaufschlagt werden. Durch geeignete Wahl der komplexen Filterfunktionen H1(f)–H6(f) kann ein Beamforming erreicht werden, mittels dessen man Nebenkeulen in einer Richtung unterdrücken kann. Im dargestellten Beispiel ist dabei die rechte Nebenkeule zum Beifahrersitz unterdrückt. Durch Veränderung der komplexen Filterfunktionen H1(f)–H6(f) kann dabei die Hauptkeule verschwenkt werden, so dass hierdurch ein ausrichtbarer Richtlautsprecher realisiert wird.
In der 2 ist schematisch dargestellt, wie zusätzlich oder alternativ das Übersprechen reduziert werden kann. Die Anordnung umfasst einen ersten Flächen-Lautsprecher 1, der beispielsweise dem Fahrersitz zugeordnet ist, und einen zweiten Flächen-Lautsprecher 2, der beispielsweise dem Beifahrersitz zugeordnet ist. Dabei sei angenommen, dass der Flächen-Lautsprecher 1 ein Nutzsignal abstrahlt, was zu einem Übersprechen am Beifahrersitz führt. Dieses Übersprechen ist durch die sinusförmige durchgezogene Welle symbolisiert. Ein Prozessor 3 berechnet anhand einer bekannten Übertragungsfunktion H_FB vom Fahrer- zum Beifahrersitz und dem abgestrahlten Nutzsignal, wie das Übersprechen aussieht und steuert den zweiten Flächen-Lautsprecher mit dem gegenphasigen Übersprechsignal (gestrichelt dargestellt) an, so dass es im Idealfall zur Auslöschung kommt.
In der 3 ist nun schematisch dargestellt, wie die elektrostatischen Lautsprecher L und Mikrofone M in einem Dachhimmel 4 integriert sind. Der Dachhimmel 4 selbst besteht aus dem Panel-Material, wobei die äußere Fläche 5 der einen porösen Schicht den sichtbaren Teil des Dachhimmels 4 bildet. Mittels einer Schablone oder ähnlicher Lithographie-Verfahren werden die elektrischen Zuleitungen definiert, so dass Bereiche definiert werden, die als Lautsprecher oder als Mikrofon arbeiten. Dabei sei angemerkt, dass, wenn nachfolgend vom Kraftfahrzeug die Rede war, dies neben Automobilen aller Art und Größe auch Flugzeuge, Züge und ähnliches einschließt.

Claims

Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Lautsprecher, der von einem Audio-Prozessor ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher als mindestens ein elektrostatischer Flächen-Lautsprecher (LS1.1–LS1.6; 1; 2) ausgebildet ist.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprecheranordnung aus mindestens zwei benachbarten Flächen-Lautsprechern (LS1.1 –LS1.6) ausgebildet ist, die mittels unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen (H1(f)–H6(f)) zur Einstellung einer Abstrahlcharakteristik ansteuerbar sind.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen-Lautsprecher (LS1.1–LS1.6) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen-Lautsprecher (LS1.1–LS 1.6) streifenförmig nebeneinander angeordnet sind.
Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Lautsprecher (2) in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, ein Übersprechen von dem ersten Lautsprecher (1) zu dem zweiten Lautsprecher (2) mit einem zum Übersprechen gegenphasigen Signal ansteuerbar ist.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lautsprecher (2) als elektrostatischer Flächen-Lautsprecher ausgebildet ist.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächen-Lautsprecher (2) als Mikrofon umschaltbar ist, um das Übersprechen vom ersten Lautsprecher (1) zu erfassen.
Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Lautsprecher (1, 2) in dem Dachhimmel (4) integriert sind.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachhimmel (4) aus Panel-Material der Flächen-Lautsprecher ausgebildet ist.
Lautsprecheranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Panel-Material derart strukturiert ist, dass Bereiche des Panels als Lautsprecher (L), Mikrofone (M) oder Zuleitungen definiert sind.
Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dachhimmel (4) mindestens ein Biegewellen-Lautsprecher integriert ist.
Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Flächen-Lautsprechern eine Frequenzweiche zugeordnet ist, wobei die Frequenzanteile kleiner 250 Hz in Phase auf alle Flächen-Lautsprecher ausgegeben werden.