DE19956690A1

DE19956690A1 - Beschallungseinrichtung

Info

Publication number: DE19956690A1
Application number: DE19956690A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pfaffinger; Franz Lorenz; Markus Christoph
Original assignee: Harman Audio Electronic Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-07-19
Also published as: EP1104221B1; ATE505035T1; US7123724B1; EP1104221A2; EP1104221A3; DE50016090D1

Abstract

Es wird eine Beschallungsvorrichtung mit zwei Lautsprechern (1, 2) und einer den Lautsprechern (1, 2) vorgeschalteten, durch zwei Eingangssignale (E¶1¶, E¶2¶) angesteuerten Signalaufbereitungseinrichtung (5) zum Erzeugen von Ansteuersignalen (A¶1¶, A¶2¶) für die Lautsprecher (1, 2) vorgestellt. Die Ansteuersignale (A¶1¶, A¶2¶) sind dabei jeweils gleich der Summe über die in Amplitude und Phase jeweils unterschiedlich bewerteten Eingangssignale (E¶1¶, E¶2¶) derart, daß die Abstrahlcharakteristik der Lautsprecher (1, 2) von der Bewertung der Eingangssignale (E¶1¶, E¶2¶) abhängt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschallungseinrichtung mit minde stens zwei Lautsprechern.

Jeder Lautsprecher hat eine im wesentlichen unveränderbare Ab strahlcharakteristik. Beim Einsatz von Lautsprechern in Be schallungsanlagen kann deren Abstrahlcharakteristik nur durch eine geeignete Anordnung der Lautsprecher im Raum und/oder durch zusätzliche mechanische Hilfsmittel wie beispielsweise akustische Reflektoren oder akustische Linsen in geringem Um fang beeinflußt werden. Eine besondere Herausforderung stellen dabei Beschallungsanlagen in Kraftfahrzeugen dar, da zum einen die Orte für die Anbringung der Lautsprecher in der Regel nicht frei wählbar sind und zum anderen das Platzangebot für zusätzliche mechanische Hilfsmittel nicht ausreicht. Darüber hinaus ist der zu beschallende Raum meistens relativ klein, so daß beispielsweise bei stereophoner Beschallung eine ausrei chende Kanaltrennung insbesondere bei mehreren Zuhörern häufig nicht gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beschallungseinrich tung anzugeben, deren Abstrahlcharakteristik ohne Lageänderung der Lautsprecher und ohne zusätzliche mechanische Hilfsmittel veränderbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beschallungseinrichtung ge mäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist, daß die Abstrahlcharakteristik auf elektronischem Wege veränderbar ist und daher die dazu notwen dige Vorrichtung einen relativ kleinen Platzbedarf hat, nicht in der Nähe der Lautsprecher angeordnet werden muß und leicht in Großserie herstellbar ist.

Erreicht wird dies im einzelnen durch eine Beschallungsvor richtung mit mindestens zwei Lautsprechern und einer den Laut sprechern vorgeschalteten, durch zwei Eingangssignale ange steuerten Signalaufbereitungseinrichtung zum Erzeugen von An steuersignalen für die Lautsprecher, welche jeweils gleich der Summe über die in Amplitude und Phase jeweils unterschiedlich bewerteten Eingangssignale sind derart, daß die Abstrahlcha rakteristik der Lautsprecher von der Bewertung der Eingangs signale abhängt. Anstelle zweier einzelner Lautsprecher kann jeweils auch eine Lautsprecheranordnung mit mehreren Lautspre chern (beispielsweise Basslautsprecher, Mitteltonlautsprecher und Hochtonlautsprecher) verwendet werden. Die Signalaufberei tungseinrichtung kann in analoger und/oder in digitaler Schal tungstechnik gleichermaßen realisiert werden. Durch Verändern der Phasen und/oder Dämpfungen/Verstärkungen kann somit die gewünschte Abstrahlcharakteristik eingestellt werden.

Bevorzugt weist die Signalaufbereitungseinrichtung zwei Addie rer auf, denen jeweils unter Zwischenschaltung eines ersten Phasenschiebers und eines ersten Koeffizientenglieds jeweils eines der Eingangssignale und unter Zwischenschaltung eines zweiten Phasenschiebers und eines zweiten Koeffizientenglieds das jeweils andere Eingangssignal zugeführt wird. Damit wird mit geringem Aufwand die getrennte Einstellung der Phasenver schiebung und Amplituden ermöglicht.

Insbesondere bei stereophonen Eingangssignalen erzeugen dabei bevorzugt die ersten und zweiten Phasenschieber jeweils glei che Phasenverschiebungen und die ersten und zweiten Koeffizienten glieder jeweils gleiche Dämpfungen/Verstärkungen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden Phasenschieber verwendet, die frequenzunabhängige Phasenverschiebungen erzeu gen. Als Phasenschieber kommen dabei insbesondere sogenannte Hilbert-Transformatoren zum Einsatz, die eine frequenzunabhän gige Phasenverschiebung von 90 Grad erzeugen. Bevorzugt sind die Phasenverschiebungen jedoch veränderbar. Das um 90 Grad phasenverschobene Signal kann dazu mit dem ursprünglichen Sig nal in geeigneter Weise gemischt werden, um ein Signal von be liebiger Phasenverschiebung bei konstanter Amplitude zu erhal ten. Dadurch wird ein einfaches Einstellen der Phasenverschie bung erreicht, ohne daß der Frequenzgang des einzelnen Laut sprechers durch das Ansteuersignal selbst verändert wird. Es können aber auch Phasenschieber verwendet werden, die zumin dest nur in einem bestimmten Frequenzbereich eine frequenz unabhängige Phasenverschiebung bewirken, wobei die Frequenz verschiebung in den anderen Frequenzbereichen toleriert wird. Davon abgesehen kann in bestimmten Fällen aber auch eine be stimmte Frequenzabhängigkeit des Ansteuersignals erwünscht sein, wenn dabei zum Beispiel Defizite im Frequenzgang des Lautsprechers kompensiert werden können. Als Phasenschieber kommen dabei entsprechend ausgelegte analoge und/oder digitale Filter zum Einsatz.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Laut sprecher zwischen zwei weiteren Lautsprechern angeordnet, wo bei die Hauptabstrahlrichtungen der beiden ersten Lautsprecher in bestimmtem Winkel zur Senkrechten von einander weg in Rich tung der weiteren Lautsprecher eingestellt sind. Bevorzugt be finden sich die Hauptabstrahlrichtungen der weiteren Lautspre cher dabei in einem bestimmtem Winkel zur Senkrechten in Rich tung der ersten Lautsprecher. Alternativ dazu können die Laut sprecher aber auch neben den zwei weiteren Lautsprechern ange ordnet sein, wobei die Hauptabstrahlrichtungen der beiden er sten Lautsprecher und der beiden weiteren Lautsprecher in ei nem bestimmten Winkel zur Senkrechten in Richtung jeweils zu einander eingestellt sind. Damit läßt sich beispielsweise für zwei Hörer jeweils eine optimale Anpassung erzielen.

Schließlich kann den weiteren Lautsprechern ebenfalls eine (weitere) Signalaufbereitungseinrichtung vorgeschaltet werden, um auch bei den weiteren Lautsprechern eine einfache Einstel lung der Abstrahlcharakteristik zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschallungseinrichtung mit zwei Lautsprechern,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschallungseinrichtung mit vier Lautsprechern,

Fig. 3 eine Alternative zur Ausführungsform nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere Alternative zur Ausführungsform nach Fig. 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden zwei Lautspre cher 1 und 2 jeweils durch eines von zwei stereophonen Ein gangssignalen E1, E2 unter Zwischenschaltung jeweils eines Leistungsverstärkers 3, 4 angesteuert. Den Leistungsverstär kern 3, 4 ist eine Signalaufbereitungseinrichtung 5 vorge schaltet, der die Eingangssignale E₁ und E₂ zugeführt werden. In der Signalaufbereitungseinrichtung 5 wird das Eingangs signal E₁ über einen Phasenschieber 6 mit einer frequenzunab hängigen Phasenverschiebung ϕ₁ und über ein Koeffizientenglied 7 mit einem eine Dämpfung oder Verstärkung repräsentierenden Koeffizienten K₁ einem Addierer 8 zugeführt. Außerdem erhält der Addierer 8 unter Zwischenschaltung eines Phasenschiebers 9 mit einer frequenzunabhängigen Phasenverschiebung ϕ₂ und eines Koeffizientenglieds 10 mit einer eine Dämpfung oder Verstär kung repräsentierenden Koeffizienten K₂ das Eingangssignal E₂. Der Addierer 8 erzeugt daraus ein Ansteuersignal A₁ für den Leistungsverstärker 3. In analoger Weise wird das Eingangs signal E₂ über einen Phasenschieber 11 mit der frequenzunabhän gigen Phasenverschiebung ϕ₁ und über ein Koeffizientenglied 12 mit dem Koeffizienten K₁ einem Addierer 13 zugeführt. Der Ad dierer 13 erhält zudem unter Zwischenschaltung eines Phasen schiebers 14 mit der frequenzunabhängigen Phasenverschiebung ϕ₂ und eines Koeffizientenglieds 10 mit dem Koeffizienten K₂ das Eingangssignal E₁ und erzeugt daraus ein Ansteuersignal A₂ für den Leistungsverstärker 4.

Die Eingangssignale E₁ und E₂ werden also jeweils zwei Phasen schiebern 6, 9 bzw. 11, 14 zugeführt, die die Phasenverschie bungen ϕ₁ und ϕ₂ erzeugen. Danach werden die phasenverschobenen Eingangssignale E₁ und E₂ mit den als Gewichtsfaktoren fungie renden Koeffizienten K₁ und K₂ bewertet und anschließend "über Kreuz" - die Ansteuersignale A₁ und A₂ ergebend - addiert. Nach Verstärkung werden die Ansteuersignale A₁ und A₂ den Lautspre chern 1 und 2 zugeführt. Formal ausgedrückt verhalten sich A₁ und A₂ in Abhängigkeit von E₁ und E₂, K₁ und K₂, ϕ₁ und ϕ₂ wie folgt:

A₁ = K₁.E₁(ϕ₁) + K₂.E₂(ϕ₂)

A₂ = K₁.E₂(ϕ₁) + K₂.E₁(ϕ₂)

Aufgrund der Phasenbedingung der beiden Ansteuersignale A₁ und A₂, der Entfernung der Lautsprecher 1 und 2 zueinander sowie der Entfernung des Hörers zu den Lautsprechern 1 und 2 tritt nun eine Verschiebung der Hauptstrahlrichtung auf, die in Fig. 1 durch zwei Keulen 16 und 17 dargestellt ist. Da bereits einige die Hauptabstrahlrichtung bestimmende Parameter wie beispielsweise der durch den festen Einbau der Lautsprecher 1 und 2 in ein Fahrzeug vorgegebene Abstand beider sowie einen durch eine annähernd feste Position des Hörers gegebenen fe sten Abstand des Hörers zu den Lautsprechern 1 und 2 sind bei einer vorausgesetzten konstanten Lautstärke in der Regel die Phasenverschiebungen ϕ₁ und ϕ₂ die bevorzugten Punkte zur Ein stellung des Azimuts der Hauptabstrahlrichtungen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind außer den Laut sprechern 1 und 2 in Verbindung mit der Signalaufbereitungs einrichtung 5 aus Fig. 1 zwei weitere Lautsprecher 18 und 19 vorgesehen. Diese werden direkt durch die Eingangssignale E₁ und E₂ angesteuert, wobei das Eingangssignal E₁ den linken Ka nal L und das Eingangssignal E₂ den rechten Kanal R eines ste reophonen Signals bildet. Die weiteren Lautsprecher 18 und 19 sind dabei links bzw. rechts von den Lautsprechern 1 und 2 an geordnet und zwar derart, daß die Keulen 20, 21 der Hauptab strahlrichtungen nach innen zu den Lautsprechern 1 und 2 hin gerichtet sind. Die Keulen 16 und 17 der Lautsprecher 1 und 2 sind dabei mehr nach außen, voneinander weg gerichtet. Damit ergibt sich für zwei Hörer 22 und 23 jeweils ein ungestörter Stereoeindruck, da die Lautsprecher 2 und 18 den linken Kanal L und die Lautsprecher 1 und 19 den rechten Kanal wiedergeben, wobei die Lautsprecher 1 und 18 den Hörer 22 und die Lautspre cher 2 und 19 den Hörer 23 beschallen. Bei diesem Ausführungs beispiel wird davon ausgegangen, daß die Lautsprecher 18 und 19 in geeigneter Weise zur Erzeugung der gewünschten Abstrahl charakteristik eingebaut werden können.

Ist dies jedoch nicht möglich, dann kann die Anordnung nach Fig. 2 wie in Fig. 3 gezeigt abgeändert werden. Den Laut sprechern 18 und 19 wird eine Signalaufbereitungseinrichtung 24, die beispielsweise wie die Signalaufbereitungseinrichtung 5 aufgebaut ist, vorgeschaltet und die Abstrahlcharakteristik so eingestellt, daß die Keulen 20 und 21 mehr nach innen ge richtet sind.

Um darüber hinaus die Abstrahlcharakteristik an jeden Hörer individuell anpassen zu können, kann schließlich die Anordnung nach Fig. 3 gemäß Fig. 4 dahingehend abgeändert werden, daß die Lautsprecher 1 und 2 bzw. 18 und 19 paarweise nebeneinan der angeordnet werden. In diesem Fall beschallen die Lautspre cher 1 und 2 den Hörer 23 und die Lautsprecher 18 und 19 den Hörer 22. Die Keulen 20 und 21 bzw. 16 und 17 sind dabei je weils einander zugeneigt.

Bezugszeichenliste

1

Lautsprecher

2

Lautsprecher

3

Leistungsverstärker

4

Leistungsverstärker

5

Signalaufbereitungseinrichtung

6

Phasenschieber

7

Koeffizientenglied

8

Addierer

9

Phasenschieber

10

Koeffizientenglied

11

Phasenschieber

12

Koeffizientenglied

13

Addierer

14

Phasenschieber

15

Koeffizientenglied

16

Keule

17

Keule

18

Lautsprecher

19

Lautsprecher

20

Keule

21

Keule

22

Hörer

23

Hörer

24

Signalaufbereitungseinrichtung
ϕ₁

Phasenverschiebung
ϕ₂

Phasenverschiebung
A₁

Ansteuersignal
A₂

Ansteuersignal
E₁

Eingangssignal
E₂

Eingangssignal
K₁

Koeffizient
K₂

Koeffizient
L Linker Kanal
R Rechter Kanal

Claims

1. Beschallungsvorrichtung mit zwei Lautsprechern (1, 2) und einer den Lautsprechern (1, 2) vorgeschalteten, durch zwei Eingangssignale (E₁, E₂) angesteuerten Signalaufbereitungsein richtung (5) zum Erzeugen von Ansteuersignalen (A₁, A₂) für die Lautsprecher (1, 2), welche jeweils gleich der Summe über die in Amplitude und Phase jeweils unterschiedlich bewerteten Ein gangssignale (E₁, E₂) sind derart, daß die Abstrahlcharakteri stik der Lautsprecher (1, 2) von der Bewertung der Eingangs signale (E₁, E₂) abhängt.

2. Beschallungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Signalaufbereitungseinrichtung (5) zwei Addierer (8, 13) auf weist, denen jeweils unter Zwischenschaltung eines ersten Pha senschiebers (6, 11) und eines ersten Koeffizientenglieds (7, 12) jeweils eines der Eingangssignale (E₁, E₂) und unter Zwi schenschaltung eines zweiten Phasenschiebers (9, 14) und eines zweiten Koeffizientenglieds (10, 15) das jeweils andere Ein gangssignal (E₁, E₂) zugeführt wird.

3. Beschallungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die er sten und zweiten Phasenschieber (6, 11; 9, 14) jeweils gleiche Phasenverschiebungen (ϕ₁, ϕ₂) und die ersten und zweiten Koeffizientenglieder (7, 12; 10, 15) jeweils gleiche Dämpfun gen/Verstärkungen (K₁, K₂) erzeugen.

4. Beschallungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprü che, bei der die Phasenschieber (6, 11; 9, 14) frequenzunabhän gige Phasenverschiebungen (ϕ₁, ϕ₂) erzeugen.

5. Beschallungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprü che, bei der die Phasenverschiebung (ϕ₁, ϕ₂) veränderbar ist.

6. Beschallungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lautsprecher (1, 2) zwischen zwei weiteren Laut sprechern (18, 19) angeordnet sind und die Hauptabstrahlrich tungen der beiden ersten Lautsprecher (1, 2) in bestimmtem Winkel zur Senkrechten von einander weg in Richtung der weite ren Lautsprecher (18, 19) eingestellt sind.

7. Beschallungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der sich die Hauptabstrahlrichtungen der weiteren Lautsprecher (18, 19) in bestimmtem Winkel zur Senkrechten in Richtung der ersten Laut sprecher (1, 2) befinden.

8. Beschallungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lautsprecher (1, 2) neben zwei weiteren Lautspre chern (18, 19) angeordnet sind und die Hauptabstrahlrichtungen der beiden ersten Lautsprecher (1, 2) und die beiden weiteren Lautsprecher (18, 19) jeweils in einem bestimmten Winkel zur Senkrechten in Richtung zueinander eingestellt sind.

9. Beschallungsvorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei der den weiteren Lautsprechern (18, 19) eine weitere Signalaufbe reitungseinrichtung (24) vorgeschaltet ist.