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Die
Erfindung betrifft ein System entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
I.
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Dieses
System gehört
in den Anwendungsbereich der Audiowiedergabe.
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Es
ist bekannt, dass die Audiowiedergabe in der Regel mittels eines
zentralen Verstärkers
und daran angeschlossenen Boxen realisiert wird. Dabei wird zwischen
analogen (1) und digitalen (Class D) (2) Verstärkern unterschieden.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist die der Aktivboxen (3). Diese haben den Verstärker in
einer oder mehreren Boxen direkt integriert.
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Die
Systeme mit zentralem Verstärker
(1, 2) haben den Nachteil, dass die Leistung des
Verstärkerteils
auf eine maximale Anzahl und Stärke
der Boxen ausgelegt ist. Des Weiteren benötigt man für die analoge Übertragung
der Audiosignale zu den Boxen sehr dicke Kabel, damit die Verluste
gering und die Klangqualität
hochwertig bleibt.
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In
der Regel sind die Verstärker
für ein
breites Spektrum an Boxen ausgelegt, was einerseits einen hohen
Schaltungsaufwand bedeutet und andererseits die angeschlossen Boxen überlasten
kann. Das führt
meist zu einer Beschädigung
oder gar Zerstörung
der Box bzw. des Verstärkers.
Durch die Nichtanpassung der Boxen an den Verstärker lässt die Klangqualität nach.
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Da
der Leistungsteil eines zentralen Verstärkers je nach Leistung viel
Wärme erzeugt,
muss diese aufwendig abgeführt
werden. Daraus resultiert ein großes und schweres Gehäuse.
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Der
Aufwand für
die analoge Audioverarbeitung ist sehr hoch, da jeweils zwischen
digitalen und analogen Signalen konvertiert werden muss. So kommt
zum Beispiel aus einem CD-Player ein digitales Signal, das jedoch
nur analog vom Verstärker
akzeptiert wird. Wird noch ein Equalizer verwendet, so muss das
Signal wieder digitalisiert und anschließend nach der Verarbeitung
erneut analogisiert werden. Darunter leidet jedoch die Qualität.
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Werden
solche Anlagen für
Events, Konzerte und Kinos verwendet, so benötigt man eine Unmenge an dicken,
schweren und teuren Kabeln. Dies macht sich daher dann auch beim
deren Transportkosten bemerkbar.
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Dies
gilt sowohl für
die analogen (1) als auch für die digitalen (2)
zentralen Verstärker.
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Ähnliches
gilt auch für
Aktivboxen (3), bis auf den zentralen Verstärker. Außerdem können hier
nur sehr kurze Kabel verwendet werden, da das Audiosignal nur eine
kleine Spannung aufweist und es ansonsten schnell zu starken Störungen und
Verlusten kommt.
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Unsere
Idee war es daher, ein kostengünstiges,
universelles und einfaches Aktivboxensystem mit digitaler Übertragung
der Audiosignale ohne Qualitätsverluste
zu entwickeln. Dieses ist modular aufgebaut und beliebig erweiterbar.
Dabei wird eine Dezentralisierung des Verstärkers derart erreicht, das
dieser in den Boxen selbst enthalten ist und die Daten digital zugeführt werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs I
gelöst.
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Lautsprecherboxen
haben meist sehr viel Platz in ihren Inneren, in die ohne Probleme
zusätzlich
eine kleine Elektronik mit Verstärker
eingebaut werden kann. Daraus resultierend entfällt der sehr viel Platz beanspruchende
zentrale Verstärker,
wodurch das eigentliche Wiedergabegerät wesentlich kleiner gehalten
werden kann. Der Verstärker,
der nun in der Box fest integriert ist, kann speziell an die Eigenschaften
des Lautsprechers angepasst werden. Dadurch wird die Qualität der Ausgabe
wesentlich erhöht
und gleichzeitig die Wärmeentwicklung verringert.
Zusätzlich
kann das System nicht durch ein falsches Eingangssignal beschädigt werden.
Es wird nun auch kein aufwendiger Verstärker mehr benötigt, der
verschiedene Lautsprecher unterstützen muss.
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Da
jede Lautsprecherbox nun ihren eigenen Verstärker hat, kann man beliebig
viele Lautsprecher an ein Audioquelle anschließen, ohne dass dadurch die
Quelle überlastet
wird bzw. ohne dass ein Qualitätsverlust
eintritt. Unterstützt
wird dies zusätzlich durch
die digitale Datenübertragung.
Die Audiodaten werden so ohne Qualitätsverluste an die Boxen übertragen.
Außerdem
werden mehrere Kanäle
(Sourround) in einem Datenstrom gebündelt, wodurch die Kosten für das Übertragungsmedium
(Kabel, Glasfaser, Funk ...) wesentlich geringer ausfallen als bei herkömmlichen
Geräten.
Besonders bemerkbar macht sich dies bei großen Eventanlagen bei z.B. Konzerten
und in Kinos. Aber auch im ganz normalen Haushalt sinken die Kosten
für die
Audioanlage. Es entfällt
der zentrale Verstärker
und die digitalen Aktivboxen können
hintereinander angeschlossen werden. Dadurch werden weniger Kabel
benötigt.
In den Kabeln muss auch keine hohe Leistung übertragen werden. Somit kann
der Kabelquerschnitt geringer ausfallen und so leichter verlegt
werden. Eine serielle oder eine sternförmige Topologie bzw. eine Kombination
aus beiden ist auch möglich.
Man benötigt
nur einen Stromnetzanschluss, der meist in jeder Ecke eines Zimmers
vorhanden ist. Das System kann beliebig nach Bedarf erweitert werden.
So benötigt
man 2 Boxen für
den Stereoton, kann aber je nach gewünschter Anzahl der Kanäle die Anzahl
der Boxen auch erhöhen.
Sind diese erst einmal aufgestellt und angeschlossen, wird der gewünschte Kanal
oder ein Mix aus mehreren Kanälen
an der entsprechenden Box eingestellt. Man benötigt keine komplizierte Verkabelung
oder Mixer. Diese und weitere Klangeinstellungen lassen sich jederzeit
problemlos ändern.
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Da
die Übertragung
digital erfolgt, kann direkt ein digitales Wiedergabegerät wie z.B.
CD- und DVD-Player
angeschlossen werden. Voraussichtlich werden immer mehr und komplexere
Home Entertainment Center in Umlauf kommen. So kann man sich z.B.
ein kleines Terminal an der Wand eines Zimmers vorstellen, welches über Netzwerkverbindungen
von einem PC, Audio- oder Videodateien laden kann und diese dann
abspielt. Die Tondaten werden direkt digital an die Boxen geleitet.
Somit kann das Terminal entsprechend klein bzw. flach ausfallen.
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Durch
den modularen Aufbau der einzelnen Komponenten kann das System für unterschiedliche Anwendungsbereiche/-situationen
zusammengesteckt werden. So kann man z.B. die Sende- und Empfangsmodule
austauschen, um entweder elektrische, optische oder Funkverbindung
aufzubauen. Auch können
verschiedene Verstärker
je nach gewünschter
Qualität
bzw. Kosten verwendet werden (z.B.: analoger oder digitaler (Class
D) Verstärker).
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 Schematischer Überblick
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2 Sender
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3 digitale
Aktivbox
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(1–5 auf 1)
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Die
Audiodaten (1) (2), die von einer Quelle (z.B.
CD-Player, Homeentertainment Center, PC ...) kommen, werden mittels
eines Senders zu den Aktivboxen übertragen.
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Digitale
Audiosignale werden aufbereitet (evtl. konvertiert).
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Mehrere
analoge Kanäle
(2) werden analog/digital gewandelt und anschließend zu
einem digitalen Datenstrom (3) gebündelt.
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Diese
aufbereiteten Daten werden mittels eines digitalen Übertragungsprotokolls
zu den Boxen übertragen.
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Die
digitalen Aktivboxen können
entweder sternförmig
(4) oder seriell (5) angeordnet werden. Eine Kombination
von sternförmiger
und serieller Topologie ist auch möglich.
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(1–3, 5–7 auf 2)
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Der
Sender besteht im Wesentlichen aus 2 bzw. 3 Teilen (2 falls
die Quelle schon digitale Signale liefert, 3 falls die Quelle analoge
Signale liefert).
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Bei
der reinen digitalen Variante wird ein Protokollencoder (6)
und ein Transmitter (7) benötigt. Der Protokollencoder
passt gegebenenfalls die eingehenden digitalen Signale an das serielle Übertragungsprotokoll
an bzw. bündelt
mehrere digitale Kanäle.
Der Transmitter bringt diese schließlich auf das Übertragungsmedium.
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Sollen
analoge Daten übertragen
werden, so müssen
diese vorher in ein digitales Signal gewandelt werden (5).
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Der
Sender ist außerdem
in der Lage, zusätzliche
Steuerdaten mit in das Übertragungsprotokoll
einzubinden.
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(8–17 auf 3)
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Die
digitale Aktivbox empfängt
das digitale Signal mittels des Receivers (3), der es für die Weiterverarbeitung
anpasst. Gleichzeitig wird das Signal verstärkt über den Transmitter (9)
weitergesendet.
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Das
digitale Signal wird im Protokolldecoder (10) für den Audioprozessor
decodiert, die Steuersignale des Datenstroms (3) separiert
und an den uPC (15) geleitet.
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Der
Audioprozessor (11) filtert den gewünschten Kanal heraus, der auf
der Box wiedergegeben werden soll. Außerdem ermöglicht dieser, weitere Eigenschaften
des Audiosignal über
die Benutzerschnittstelle oder über
die Steuersignale des Datenstroms einzustellen, wie z.B. Lautstärke, Equilizer, Kanäle Mixen
...).
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Das
verarbeitete Audiosignal wird dann im D/A-Wandler (12)
in ein analoges Signal umgewandelt oder für digitale Verstärker (Class
D) im D/PWM-Wandler (13) in ein PWM-Signal (Puls Weiten
Modulation). Anschließend
verstärkt
der Verstärker
(14) das Signal und gibt es auf dem Lautsprecher aus. Der
Verstärker
ist dabei optimal auf die Eigenschaften der Box (Lautsprecher und
Gehäuse)
optimiert.
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Für die Steuerung
der einzelnen Komponenten ist der Mikrocontroller (15)
verantwortlich. Dieser ermöglicht
auch dem Benutzer verschiedene Parameter (Kanal, Lautstärke usw.)
einzustellen. Zusätzlich
können
der Zustand und die Parameter auf einem Display oder über Leuchtdioden
angezeigt werden.
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Für die Stromversorgung
ist das Netzteil (17) nötig,
das die Spannungen für
den Verstärker
(14) und die anderen Komponenten bereitstellt. Wird kein Audiosignal
empfangen, so wird das System in den StandBy-Modus versetzt und
verbraucht so fast keinen Strom mehr.
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Das Übertragungsmedium
(3) kann frei nach Stand der Technik gewählt werden.
Der Transmitter (7, 9) und der Receiver (8)
sind modular und können ggf.
durch andere Übertragungseinheiten
(für andere Medien)
ergänzt
oder ersetzt werden.
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Denkbare Übertragungsmedien
sind:
Kupferkabel (Twistet pair), Funkstrecke (Bluetooth, Wlan,
Funkmodem, GSM, ...),
optisch/via POF (Plastical optical fibre)
oder Multimod Fibre, Singlemod Fibre (one by nine Module, SFP, SFF,
...))
IR, oder (IR) Laser Übertragung