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Die
Erfindung betrifft eine Lautsprechereinheit mit Flachlautsprecher
für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruch 1 sowie deren Verwendung.
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Durch
den zunehmenden Einsatz von Entertainmentsystemen und Freisprecheinrichtungen
in Kraftfahrzeugen, steigt auch der Bedarf an der Verbesserung derer
akustischen Qualität.
Zur Beschallung des Innenraums von Kraftfahrzeugen ist es bisher üblich Konus-
oder Kalotten-Lautsprecher zu verwenden. Hierbei ist es notwendig,
um die erwartete Qualität
der Tonwidergabe zu gewährleisten
eine Vielzahl von derartigen Lautsprechern an unterschiedlichen
Stellen im Fahrzeuginnenraum zu positionieren.
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Die
bisher üblichen
Konus- und Kalotten-Lautsprecher besitzen eine entsprechend geformte,
in sich steife Membran, welche bei elektrischer Anregung als Ganzes
eine kolbenähnliche
Bewegung ausführen.
Hierbei benötigen
insbesondere Tiefton-Lautsprecher eine verhältnismäßig große Membranfläche mit
einer entsprechend großen räumlichen
Tiefe, da diese zur Schallabstrahlung einen vergleichsweise großen Hub
ausführen
müssen. Aus
diesem Grund erfordert die Verwendung herkömmlicher Tiefton-Lautsprecher
einen beachtlichen Bauraum.
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Aus
dem Stand der Technik sind gegenüber der
vorgenannten Art von Lautsprechern jedoch auch Lautsprechervarianten
bekannt, bei denen die Membran als Biegeschwinger arbeitet, wenn
sie an einer bestimmten Stelle zu Biegeschwingungen angeregt wird
oder bei welchen die flach ausgeführte Membran zu Hubbewegungen
angeregt wird. Diese so genannten Flachlautsprecher benötigen auf
Grund ihrer geringen Schwingungsamplituden zwar größere Flächen als
in Bezug auf ihre Tonlage vergleichbare Kolbenlautsprecher, dafür bieten
sie aber den im Fahrzeugbau wesentlichen Vorteil einer geringen
räumlichen
Tiefe.
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Unter
Ausnutzung der Eigenschaften derartiger Flachlautsprecher wird in
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 03 393 A1 eine Lautsprecheranordnung
zur Beschallung eines Fahrzeuginnenraums beschrieben. Hierbei wird
vorgeschlagen auf einer Vielzahl von im Fahrzeuginnenraum vorhandenen
Oberflächen
einem Flachlautsprecher anzubringen, dies insbesondere auf der Innenverkleidung
der Türen,
am Dachhimmel, der Hutablage, dem Armaturenbrett oder der Rückseite
des Fahrer- bzw. Beifahrersitzes. Entsprechendes wird auch in der
deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 30 746 A1 vorgeschlagen.
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Insbesondere
im Hinblick auf eine optimale Beschallung eines Fahrzeugführers durch
eine Freisprecheinrichtung, wird in diesem Sinne auch beschrieben
einen Flachlautsprecher unmittelbar über dem Kopf eines Fahrzeugführers zu
positionieren (Innovation.Niedersachsen_aktuell, „Folienlautsprecher im
Dachhimmel: Volkswagen erprobt für
kommende Fahrzeug-Generation",
http://www.innovation.niedersachsen.de, 31.05.2006).
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Ein
Nachteil der bekannten Flachlautsprecher ist deren systembedingter
Nachhall, welcher von der unvollständig gedämpften Schwingpanele herrührt. Bei
Sprachwidergaben verschlechtert dieser Nachhall die Verständlichkeit.
Ein weiterer Nachteil des Flachlautsprechers ist dessen labile,
schwer einstellbare Richtcharakteristik, so dass sich eine gewünschte Schallabstrahlung
häufig
nur experimentell ermitteln lässt.
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Um
bei einem Flachlautsprecher den Nachhall zu verringern und eine
bestimmte Richtcharakteristik bereits bei dessen Entwurf festlegen
zu können, wird
in den deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 46 059 A1 vorgeschlagen, den Flachlautsprecher
auf einem Gehäuse
aufzubringen. Hierbei beeinflusst die Luft in dem so geschaffenen
Rückraumvolumen
die Dämpfung
der Schwingpanele. Das Gehäuse
kann in konventioneller Weise zwar auch geschlossen ausgeführt werden,
es ist bevorzugt jedoch mit Öffnungen
versehen, um den Einfluss der Luftfederung zu verringern. Im Falle
einer derart geöffneten
Box sind an den Gehäuseöffnungen
Maßnahmen
zur Schallabsorption vorgesehen, um eine Interferenz des von der
Vorderseite und der Rückseite
der Schwingpanele abgestrahlten Schalls nach Möglichkeit zuzuschalten. Hierzu
sollen insbesondere schallabsorbierende Lambda/4-Keile oder meanderförmige bzw.
spiralförmige
Stege zur Verlängerung
der Schallwellen dienen. Neben dieser Elimination des Nachhalls
durch geeignete Ausgestaltung des Lautsprechergehäuses, ist
zur Verbesserung der Richtcharakteristik vorgesehen die Schwingpanele
mit einem impedanzfreien und damit reflexionsfreien Abschluss zu
versehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine neuartige Lautsprechereinheit mit Flachlautsprecher
für ein Kraftfahrzeug zu
finden, welche in ihrer Richtcharakteristik vorbestimmt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch eine Lautsprechereinheit mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Verwendungen
der Lautsprechereinheit sind in den Patentansprüchen 4 bis 8 angegesen.
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Die
Lautsprechereinheit mit Flachlautsprecher für ein Kraftfahrzeug ist im
Innenraum (9, 19) des Kraftfahrzeuges in oder
an der Oberfläche
(2, 12, 32) eines Einbauteils oder der
Karosserie (3) befestigt. Dabei umfasst die Lautsprechereinheit
(10) als aktives Element einen Flachlautsprecher (1, 11, 31), welcher
bei Betrieb an dessen Vorder- und Rückseite gegenphasige Schallsignale
(5) und (6) erzeugt. In erfinderischer Weise erfolgt
hierbei die Befestigung des Flachlautsprechers (1, 11, 31) über ein
Gehäuse (18, 38).
Das Gehäuse
(18, 38) verfügt
dabei über wenigstens
eine Öffnung
(14, 34), über
welche das Schallsignal (6) in den Kraftfahrzeuginnenraum
(9, 19, 39) eindringen kann. Hierzu wird
das Abmaß des Gehäuses (18, 38)
und der Öffnung
(14, 34), sowie die Position der Öffnung (14, 34)
so gewählt,
dass sich im Wesentlichen quer zur Normalen des Flachlautsprechers
(1, 11, 31) eine negative Interferenz der
Schallsignale (6) und (5) ausbildet. In besonders vorteilhafter
Weise wird so in einer gegenüber
dem Stand der Technik wesentlich einfach zu realisierenden Weise
eine Richtwirkung mit Dipolcharakteristik der Lautsprechereinheit
erzielt, ohne dass hierzu eine schwer zu berechnende und aufwendig
zu realisierende Impedanzanpassung der Schwingpanele notwendig ist.
Auch wird hier entgegen dem Stand der Technik eben gerade der aus
den Öffnungen
(14, 34) des Gehäuses austretende Schall ausgenutzt,
so dass sich ein Dipol ergibt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen mit
Hilfe von Figuren im Detail erläutert.
Dabei zeigt
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1 eine
Prinzipskizze, die das Zusammenwirken von Flachlautsprecher (1),
Gehäusevolumen
(7) und Gehäuseöffnungen
(4) aufzeigt;
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2 eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Lautsprechereinheit (10),
bei welcher das dem Flachlautsprecher (11) zugeordnete
Gehäuse
(7) in die Innenverkleidung (12) des Kraftfahrzeuges
integriert ist;
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3 eine
Anordnung zur sitzplatzindividuelle Beschallung in dem Kraftfahrzeug;
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4 eine
vorteilhafte Ausgestaltung des dem Flachlautsprecher (31)
zugeordneten Gehäuses zum
Aufbau auf die Innenverkleidung (32) des Kraftfahrzeuges.
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Die 1 zeigt
mittels einer Prinzipskizze das Zusammenwirken von Flachlautsprecher
(1), Gehäusevolumen
(7) und Gehäuseöffnungen
(4). Der Flachlautsprecher (1) findet sich in
die Innenverkleidung (2) des Kraftfahrzeuges integriert
und erzeugt auf seiner dem Fahrzeuginnenraum (9) zugewandten
Seite ein Schallsignal (5). Auf der vom Fahrzeuginnenraum
(9) abgewandten Seite erzeugt der Flachlautsprecher (1)
ein bezüglich
des Schallsignals (5) gegenphasiges Schallsignal (6)
aus. In der 1 wurde die Gegenphasigkeit
der Schallsignale (5) und (6) durch die Symbole „-" und „+" verdeutlicht. Die Schallsignale
(6) breiten sich im Raum (7) zwischen Karosserie
(3) und Innenverkleidung (2) des Kraftfahrzeuges
aus. Abhängig
von der Wahl des Abmaßes
des Raums (7) und der Öffnung
(4), sowie die Position der Öffnung (4) werden
die Schallwellen (5) und (6) im Innenraum (9)
des Kraftfahrzeuges in bestimmte Weise interferieren und daraus
resultierend wird die Lautsprechereinheit eine entsprechende Richtcharakteristik
aufweisen. Durch geeignete Wahl des Abmaßes des Raums (7)
und der Öffnung
(4), sowie der Position der Öffnung (4), lässt sich
eine gewünschte
Richtcharakteristik erreichen.
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In
der 2 wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lautsprechereinheit aufgezeigt,
bei welcher das dem Flachlautsprecher (11) zugeordnete
Gehäuse
(7) in die Innenverkleidung (12) des Kraftfahrzeuges
integriert ist. Hierbei zeigt die 2a einen
Querschnitt durch die Lautsprechereinheit (10), während die 2b diese in Draufsicht zeigt. Insbesondere
bei der Nutzung der Lautsprechereinheit als Komponente einer Freisprecheinrichtung
eignet sich deren Positionierung im Dachhimmel (2) oberhalb
des Kopfes eines Fahrzeuginsassen. Die Richtcharakteristik kann
demgemäß dann gezielt
in Richtung dieser Person ausgerichtet werden, so dass zum einen
diese Person die akustischen Signale besonders gut empfangen kann, andere
Fahrzeuginsassen aber nur wenig gestört werden bzw. dass diese nur
wenig von dem Inhalt der Kommunikation erfahren (Private-Mode).
Eine Integration in den Dachhimmel eignet sich auch schon deshalb
in besonderer Weise, da hier ohnehin bereits zwischen der Verkleidung
(12) des Dachhimmels und der Karosserie (13) ein
Freiraum (17) existiert.
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Bei
dem in der 2 aufgezeigten Beispiel ist
der Flachlautsprecher (11) auf ein in Bezug auf den Dachhimmel
(12) zusätzliches
Gehäuse
(18) aufgebracht. Hierdurch ergibt sich ein vorbestimmtes,
definiertes Gehäusevolumen, unabhängig von sonstigen
Einbringungen und Verkabelungen im Dachhimmelvolumen (17).
Die in den Dachhimmel (12) eingebrachten Öffnungen
(14) zum Austritt des Schallsignals (6) in den
Fahrzeuginnenraum (19) sind über Kanäle (15) mit dem Gehäusevolumen
(18) verbunden. Die Ausbildung der Öffnungen (14) ist selbstverständlich nicht
auf die in der 2 beispielhaft gewählte rechteckige
Form beschränkt,
sondern kann in beliebiger, insbesondere kreisrunder Form ausgeführt werden.
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Generell,
unabhängig
von der konkreten Ausgestaltung der Lautsprechereinheit ist des
denkbar, in die Gehäuseöffnung (4, 14)
oder in einen dort hinzu führenden
Kanal (15) ein Dämmmaterial
(16), welches das in den Innenraum (9, 19)
eindringende Schallsignal (6) beeinflusst, einzubringen.
Hierdurch wird auch auf die Interferenz zwischen Schallsignal (5)
und (6) und somit auf die Richtcharakteristik der Lautsprechereinheit
(10) Einfluss genommen.
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Die
in der 2b gezeigte Draufsicht auf
die Lautsprechereinheit (10) zeigt deutlich, dass die Ansicht
von Seiten des Fahrzeuginnenraums (19) einzig den Blick
auf den Fahrzeughimmel (12), die Gehäuseöffnungen (14) und
den Flachlautsprecher (11) eröffnet. Der Einbau der erfindungsgemäßen Lautsprechereinheit 10)
greift deshalb nur sehr beschränkt
in ein bereits vorhandenes Innenraum-Designkonzept bzw. lässt sich
leicht in ein solches integrieren.
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Insbesondere
dann, wenn wie in der 3 dargestellt, mehrere Lautsprechereinheiten
(10) im Dachhimmel (20) zur sitzplatzindividuellen
Beschallung den einzelnen Sitzpositionen (21, 22, 23, 24)
zugeordnet werden, bietet es sich an, die einzelnen Flachlautsprecher
(11) in individuellen Gehäu sen (18) zu integrieren
und so gegeneinander abzuschirmen. In der 3 sind 4 Sitzplätze (Fahrer-
(21), Beifahrer- (22) und Font-Sitzplätze (23, 24))
jeweils mit wenigstens 2 Lautsprechereinheiten (10) versehen.
Hierbei bietet es sich insbesondere an, diese mehrere Lautsprechereinheiten
(10) so mit einem Audiosystem zu verschalten, dass an den
einzelnen Sitzplätzen
ein Stereoeffekt bei der Schallausgabe entsteht.
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Durch
geeignete Gestaltung der einzelnen Gehäuse (18) und Öffnungen
(14) bzw. deren Positionierung kann auf jeden Sitzplatz
abgestimmt eine Richtcharakteristik der Lautsprechereinheit (10)
gestaltet werden. Wie in der 2a gezeigt,
kann hierbei die Richtcharakteristik auch noch gezielt durch Einbringen
von Dämmmaterial
(16) in den akustischen Ausbreitungsweg des Schallsignals
(6) geformt werden.
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Die 4 zeigt
eine gegenüber
der in der 2 dargestellten Ausgestaltung
alternative Ausgestaltung der Lautsprechereinheit, bei der diese
auf der Oberfläche
der Innenverkleidung (32) des Kraftfahrzeuges aufgebracht
wird. Hierbei ist der Flachlautsprecher (31) auf einem
Gehäuse
(38) aufgebracht, welches neben seiner Tragfunktion auch noch
den Rückraum
des Flachlautsprechers (31) bildet. Auch hier wird durch
die geeignete Wahl der Dimension des Gehäuses (38) und dessen Öffnungen (34),
sowie deren Positionierung, die Interferenz der gegenphasigen Schallsignale
(5) und (6) so gesteuert, dass die Lautsprechereinheit
im Fahrzeuginnenraum (39) eine gewünschte Richtcharakteristik
ausbildet.
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In
besonders vorteilhafter Weise eignet sich die Lautsprechereinheit
zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug als Element einer Freisprecheinrichtung
oder eines Hifi-Systems. Auch ist eine besonders vorteilhafte Verwendung
im Rahmen eines Rear-Seat-Entertainments, einer In-Car-Communication, einer
Freisprecheinrichtung oder zur Ausgabe von Fahrerinformation möglich.