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Die
Erfindung betrifft ein Beschallungssystem und insbesondere ein Audiosystem
für einen Passagierraum
in einem Flugzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein
Verfahren zum Steuern eines solchen Audiosystems nach dem Oberbegriff
von Anspruch 6.
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Derzeitige
Audiosysteme für
einen Passagierraum in einem Verkehrsflugzeug oder kurz Beschallungssysteme
(PA- oder Passenger-Address-Systeme) sind für die Wiedergabe von Sprachansagen
konzipiert. Diese Sprachansagen sind Durchsagen des Flugbegleitpersonals,
vorab gespeicherte Sicherheitshinweise für die Passagiere und Alarmsignale
für Notfallsituationen.
Die Systeme sind sicherheitsrelevant und müssen auch im Notfall bei minimaler
Stromaufnahme aus den Batterien für eine bestimmte Zeit voll
funktionsfähig
bleiben. Die Sprachverständlichkeit
muss stets ausreichend sein, um wichtige Information gut verständlich übertragen zu
können.
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Die
Beschallungssysteme nach dem Stand der Technik haben eine geringe
Klangqualität
und sind daher für
die Wiedergabe von Unterhaltungsprogrammen für die Passagiere nur bedingt
einsetzbar. Die Funktionsfähigkeit
der Beschallungssysteme muss andererseits auch im Notfall und bei
Batteriebetrieb gewährleistet
sein, so dass ihre Stromaufnahme nicht zu hoch sein darf. Damit
sind die Beschallungssysteme bezüglich
ihrer Aufgaben nicht beliebig erweiterbar.
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Die
Systemarchitektur der heutigen Audiosysteme entspricht im wesentlichen
einem digitalen Netzwerk, das durch einen zentralen Controller bzw. eine
Zentraleinheit gesteuert wird. Die Zentraleinheit sendet alle für den Passagier
relevanten Datenströme
an digitale Verteilereinheiten, die diese wiederum in Abhängigkeit
von der Kabinenzonenkonfiguration an die jeweiligen Kabineneinheiten
mit den Peripheriegeräte
für die
Passagiere weiterleiten. Die Datenströme enthalten neben den eigentlichen
Sprachsignalen Parameter zur Verstärkereinstellung, für die Lichtsteuerung,
für die
Attendant-Call-Steuerung und für
Signalzeichen.
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So
ist aus
US 6 393 343 ein
System mit Passgiereinheiten bekannt, die mit einem Mehrzweckmodul
ausgestattet sind. Jedes Modul umfasst eine eigene Recheneinheit,
die über
einen Programmierungseingang unabhängig von der Zentraleinheit des
Luftfahrzeugs programmierbar ist. Die Programmierungsschnittstelle
ermöglicht
die Steuerung von Kabineneinheiten in dem Passagierraum, d.h. die Steuerung
von Lampen eines Kabinenbeleuchtungssystems, von ei nem Audiosystem
u. a. direkt über
die Schnittstelle, unabhängig
von der Zentraleinheit des Luftfahrzeugs. Das Mehrzweckmodul mit
eigener Recheneinheit und Speicher ist über einen Datenbus mit der
Zentraleinheit des Luftfahrzeugs verbunden, beispielsweise die Fernprogrammierung
des Mehrzweckmoduls und um Modulaktivitäten an die Zentraleinheit des
Luftfahrzeugs zu melden. Durch das Mehrzweckmodul werden die Anforderungen
an die Speicherkapazität
bei der Zentraleinheit des Luftfahrzeugs verringert, und darüber hinaus
wird die individuelle, unabhängige
Programmierung jeder Passagier-Einheit möglich, so dass dadurch nicht
mehr das gesamte Kabinensystem erneut getestet werden muss, wenn
beispielsweise nur eine einzige Passagier-Einheit neu programmiert
wurde.
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Die
Datenströme
bei derartigen Systemen liefern jedoch keinerlei Parameter zur Signalkonditionierung
der Lautsprecher oder für
die Nachbildung bzw. Erzeugung eines realen oder virtuellen Schallfeldes.
Ebenso wenig weist der Verstärker
des Lautsprechers Funktionen auf, die über die reine Leistungsverstärkung hinausgehen.
Dadurch ist die Form des sich ergebenden Schallfeldes bzw. die Richtwirkung
der Lautsprechersysteme in einer Flugzeugkabine fest vorgegeben
und lässt
sich an veränderte räumliche
Bedingungen wie Neuaufteilung der Kabine oder Neuausstattung der
Kabine mit mehr oder weniger schallschluckenden Eigenschaften nicht oder
nur schlecht anpassen. Damit bleibt die Klangqualität in der
Passagierkabine relativ eingeschränkt. Einen optimalen Klang
erfahren nur diejenigen Passagiere, die sich in einem kleinen Bereich
des Wiedergaberaums aufhalten, dem so genannten Sweet Spot.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Audiosystem für einen Passagierraum in einem
Flugzeug zu schaffen, mit dem die Wiedergabe beliebiger (virtueller
oder realer) Schallfelder bei variabler Aufteilung der Flugzeugkabine
möglich
ist, wobei gleichzeitig die Notfallfunktionen aufrechterhalten bleiben
und eine bessere Schalldruckpegelverteilung erreicht wird. Entsprechend
soll außerdem
ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Audiosystems angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch das Audiosystem nach Anspruch 1 und das Verfahren zum Steuern
eines derartigen Audiosystems nach Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung beruht in ihrem Kern darauf, das Audiosystem aus einem
Basissystem und einem zuschaltbaren Erweiterungssystem aufzubauen,
welches in Notfallsituationen abgeschaltet wird, um die Batterielast
zu minimieren. Während
in Notfallsituationen ausschließlich
das Basissystem mit einer Basisfunktionalität für die Versorgung von Informationsansagen
eingesetzt wird, dient unter normalen Betriebsbedingungen die Kombination
von Basissystem – ggfs.
mit einer erweiterten Funktionalität – und dem zugeschalteten Erweiterungssystem
der Wiedergabe von Unterhaltungsprogrammen.
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Um
eine höhere
Klangqualität
zu erreichen, wird bei dem zuschaltbaren Erweiterungssystem und dem
Basissystem mit erweiterter Funktionalität eine Schallfeldsynthese unter
Einbeziehung aller angeschlossenen Lautsprechermodule vorgenommen. Die
Module des Erweiterungssystems erzeugen, angesteuert mittels eines
Schallfeldsynthesealgorithmus, in weiten Übertragungsbereichen physikalisch korrekte
Wellenfelder, die durch zusätzliche,
psychoakustische Algorithmen unterstützt werden. Die Module des
Basissystems dienen über
ihre eigentliche Aufgabe, der Wiedergabe von Informationsansagen, hinaus
der Ergänzung
bzw. Unterstützung
des Erweiterungssystems. Durch das Zusammenspiel von Basissystem
und Erweiterungssystem lässt
sich die Schallverteilung verbessern, indem durch das Basissystem
zusätzliche, örtliche
Schalleistung beigesteuert wird und die Quellen- und Richtungslokalisation der
vom Erweiterungssystem erzeugten Wellenfelder gemäß dem Gesetz
der 1. Wellenfront verbessert wird. Da die Schallfeldsynthese des
Erweiterungssystems erhebliche Anforderungen an Rechnerleistung
und Übertragungsraten
stellt, wird erfindungsgemäß ein Bussystem
mit flacher Hierarchie eingesetzt.
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Das
erfindungsgemäße Audiosystem
für eine
Flugzeugkabine zum Versorgen der Passagiere mit Informationsprogrammen,
bei dem mehrere Lautsprecher an jeweils vorgegebenen Lautsprecherorten
in der Flugzeugkabine angeordnet sind und bei dem über die
Lautsprecher ein Audiosignal mit wenigstens einem Audiokanal wiedergegeben
wird, wobei der wenigstens eine Audiokanal von einer Zentraleinheit über ein
Bussystem mit mehreren Verteilereinheiten und mehreren Kabineneinheiten
an die mehreren Lautsprecher in der Flugzeugkabine ausgegeben wird,
ist gekennzeichnet durch ein zuschaltbares Erweiterungssystem zum
Versorgen der Passagiere mit Unterhaltungsprogrammen, bei dem mehrere
Erweiterungslautsprecher an jeweils vorgegebenen Lautsprecherorten
in der Flugzeugkabine angeordnet sind, über die ein Erweiterungs-Audiosignal
mit wenigstens einem Audiokanal wiedergegeben wird, wobei der wenigstens
eine Audiokanal des Erweiterungs-Audiosignals von einem Audio-Controller über ein
Bussystem mit mehreren Audio-Endgeräten an die mehreren Erweiterungslautsprecher
in der Flugzeugkabine ausgegeben wird.
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Insbesondere
weist das erfindungsgemäße Audiosystem
eines oder – soweit
technisch möglich und
sinnvoll – mehrere
der folgenden Merkmale auf:
das Erweiterungssystem umfasst
verteilte Audio-Endgeräte
zum Ansteuern der Erweiterungslautsprecher und verteilte Erfassungseinheiten
zum Erfassen der Ausgangssignale von in der Kabine verteilten Kabinenmikrofonen;
das
Erweiterungssystem umfasst eine Klangsyntheseeinheit zum Erzeugen
von einem Ansteuersignal für
jeden der mehreren Erweiterungslautsprecher;
die mehreren Erweiterungslautsprecher
sind in der Flugzeugkabine äquidistant
verteilt und einzeln durch den Audio-Controller adressierbar;
das
Netzwerk des Erweiterungssystems ist ein Glasfaser-Datennetzwerk.
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Als
zweiter Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines
derartigen Audiosystems für
eine Flugzeugkabine für
Passagiere angegeben, das gekennzeichnet ist durch Versorgen der Passagiere
mit Unterhaltungsprogrammen durch ein zuschaltbares Erweiterungssystem,
bei dem mehrere Erweiterungslautsprecher an jeweils vorgegebenen
Lautsprecherorten in der Flugzeugkabine angeordnet sind, über die
ein Erweiterungs-Audiosignal mit wenigstens einem Audiokanal wiedergegeben wird,
wobei der wenigstens eine Audiokanal des Erweiterungs-Audiosignals
von einem Audio-Controller über
ein Bussystem mit mehreren Audio-Endgeräten an die
mehreren Erweiterungslautsprecher in der Flugzeugkabine ausgegeben
wird.
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Insbesondere
weist das erfindungsgemäße Verfahren
zum Steuern eines Audiosystems eines oder – soweit technisch möglich und
sinnvoll – mehrere
der folgenden Merkmale auf:
der wenigstens eine Audiokanal
für das
Basissystem und der wenigstens eine Audiokanal für das Erweiterungssystem übertragen
zwei Komponenten eines Wellenfeldes für die Wiedergabe eines Unterhaltungsprogramms;
der
wenigstens eine Audiokanal für
das Erweiterungssystem dient wenigstens teilweise dazu, bei vorgegebenen
Raummoden eine Schalldruckpegelverringerung vorzunehmen;
durch
die Zentraleinheit wird wenigstens ein Steuerungsparameter für wenigstens
eine der mehreren Kabineneinheiten und/oder durch den Audio-Controller
wird wenigstens ein Steuerungsparameter für wenigstens eines der mehreren
Audio-Endgeräte
ausgegeben, wobei der wenigstens eine Steuerungsparameter zusammen
mit Nutzsignalen in einem Datenstrom über das Bussystem übertragen
wird und vorzugsweise wenigstens eine der folgenden Größen umfasst:
ein Verstärkungsfaktor,
ein lautsprecherabhängiger
Filterparameter, eine Signalverzögerung, eine
Phasenlage, eine Dynamikkompression;
Erfassen des aktuellen
Schallfeldes, das von dem Audiosystem erzeugt wird, durch in der
Kabine verteilte Kabinenmikrofone und Rückkoppeln des Ausgangssignals
der Kabinenmikrofone zu dem Audio-Controller, so dass das Schallfeld
automatisch an veränderliche
Raumklangbedingungen angepasst wird.
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Die
Erfindung weist u.a. die folgenden Vorteile auf. Das erfindungsgemäße Audiosystem
sorgt neben dem reinen PA-Betrieb für gehobene Klangqualität und die Übertragung
von Unterhaltungsprogrammen auf mehreren Kanälen. Das erfindungsgemäße Audiosystem
ist neben der Wiedergabe von Unterhaltungsprogrammen auch für eine adaptive
Schallfeldkontrolle und aktive Lärmreduktion
anwendbar. Die Skalierbarkeit des erfindungsgemäßen Systems geht über die
Ansteuerung einzelner festgelegter Kabinenzonen mit reinem Ansagebetrieb
hinaus und erlaubt die Anpassung an Kabinenlayouts mit unterschiedlichen
Systemfunktionen (beispielsweise einerseits reiner Ansagebetrieb
und andererseits reiner Unterhaltungsbetrieb) unabhängig sowohl
für das Basissystem
als auch für
das Erweiterungssystem. Das Audiosystem kann abhängig von der Kabinenzonenkonfiguration
zwischen reinem Ansagebetrieb und Unterhaltungssystem mit Ansagebetrieb
umgeschaltet werden, und die Konfiguration des Audiosystems ist
zeitlich definierbar, d.h. kann nach einer gegebenen Zeit geändert werden.
Im Unterschied zu derzeitigen Systemen kann das Basissystem in das Erweiterungssystem
integriert werden und kann zusätzliche
Funktionen zur Signalkonditionierung und Signalverarbeitung übernehmen.
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Auf
diese Art kann das Audiosystem flexibel an die Konfiguration der
Kabinenzonen angepasst werden, indem die Systemfunktionalität zwischen
reinem PA-Basissystem und Erweiterungssystem mit PA-Betrieb umgeschaltet
wird. Parallel zur Wiedergabe von PA-Information und Unterhaltungsprogrammen
kann das erfindungsgemäße Audiosystem
permanent zur adaptiven Schallfeldkontrolle und aktiven Lärmreduktion
eingesetzt werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen,
bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
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1 zeigt
schematisch einen Abschnitt eines Flugzeugs mit einer Kabine für Passagiere,
wie es im Stand der Technik bekannt ist.
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2 zeigt
die logische Struktur eines PA-Systems nach dem Stand der Technik.
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3 zeigt
die logische Struktur einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Audiosystems mit
Basissystem und Erweiterungssystem.
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In 1 ist
der Grundriss eines Teils eines Passagierflugzeugs mit Rumpf 1 und
Flügeln 2 gezeigt.
An das Cockpit 3 des Flugzeugs schließt sich ein Passagierraum 4 an.
Die Flugpassagiere gelangen über
Außentüren 5 in
diesen Passagierraum 4. Dabei befindet sich ein erster
Bereich 6 (Business Class) direkt hinter dem Cockpit-Bereich 3 (bzw.
hinter sich an das Cockpit anschließenden, nicht gezeigten Versorgungsbereichen),
und hinter diesem ersten Bereich 6 befindet sich ein zweiter
Bereich 7 (Economy Class). Der erste Bereich 6 und
der zweite Bereich 7 werden durch einen Zwischenraum 8 voneinander
getrennt, der beispielsweise einen Versorgungsabschnitt oder eine
Küche (Galley)
aufnehmen kann. Selbstverständlich
kann dieser Zwischenraum 8 aber auch nur aus einer Trennwand
bestehen und dementsprechend schmal ausfallen.
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Die
beiden Bereiche 6 und 7 unterscheiden sich u.a.
in der Bestuhlung, wobei die Sitze 9 in dem ersten Bereich 6 einen
größeren Komfort
bieten als die Sitze 10 in dem zweiten Bereich 7.
In dem ersten, vorderen Bereich 6 ist die Dichte der Sitze
geringer als in dem zweiten, hinteren Bereich 7. Die Aufteilung der
beiden Bereiche 6 und 7, d.h. ob eine kleinere oder
eine größere Anzahl
an Sitzen mit gehobenem Komfort vorgesehen ist, ist das Ergebnis
von wirtschaftlichen Betrachtungen und hängt von der Flugstrecke ab,
auf der das Flugzeug eingesetzt werden soll. So kann z.B. bei dem
Flugzeug aus 1 die Aufteilung der beiden
Passagierbereiche auch derart abgewandelt werden, dass die Anzahl
der Sitze mit gehobenem Komfort in dem Bereich 6 größer gemacht
wird, als es in dem Beispiel in 1 dargestellt
ist.
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Für die Versorgung
der Passagiere mit der für
die Flugreise notwendigen Information ist das Flugzeug mit einem
(nicht dargestellten) Audio- oder Beschallungssystem ausgestattet.
Dieses bekannte Audiosystem für
eine Flugzeugkabine ist in 2 dargestellt
und wird im folgenden anhand dieser erläutert.
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Das
Audiosystem umfasst neben der Zentraleinheit 11 mehrere
Verteilereinheiten 12, die über einen bidirektionalen Bus 15 mit
der Zentraleinheit 11 verbunden sind, wobei die einzelnen
mit dem Bus 15 verbundenen Komponenten jeweils mit entsprechenden
Busschnittstellen 15a versehen sind. Bidirektionale Schnittstellen
bzw. Leitungen sind in den Figuren durch Doppelpfeile dargestellt,
während
unidirektionale Schnittstellen bzw. Leitungen durch einfache Pfeile
dargestellt sind. An den Verteilereinheiten 12 sind über bidirektionale
Schnittstellen bzw. Leitungen 16 jeweils mehrere Kabineneinheiten 13 angeschlossen,
die über
unidirektionale Schnittstellen bzw. Leitungen 17 schließlich jeweils
mehrere Endgeräte 14 versorgen.
Auf diese Art ist es möglich,
mit einer Zentraleinheit 11 mehrere Kabineneinheiten 13 über ein Bussystem
zu steuern und zu überwachen,
wobei diejenigen Aufgaben, die nicht zentral bewältigt werden müssen, dezentral
durch die Verteilereinheiten 12 bzw. die Kabineneinheiten 13 übernommen
werden.
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Unter
Kabineneinheiten werden in dieser Beschreibung allgemein Einheiten
verstanden, die in der Kabine verteilt sind und beispielsweise jeweils
einem Sitzplatz oder einer Sitzgruppe für Passagiere oder Flugbegleiter
zugeordnet sind.
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Von
den Kabineneinheiten 13 werden in der gezeigten Ausführungsform
jeweils mehrere Lautsprecher 14 versorgt, die an jeweils
vorgegebenen Lautsprecherorten in der Flugzeugkabine angeordnet
sind. Über
die Lautsprecher 14 in der Flugzeugkabine 4 kann
dann ein Audiosignal wiedergegeben werden. Insbesondere weist das
Audiosignal wenigstens einen Audiokanal auf, also einen Mono-Wiedergabekanal.
Vorzugsweise sind jedoch mehrere Kanäle vorgesehen, nämlich z.B.
ein linker und ein rechter Kanal für eine Stereo-Wiedergabe oder
ein Kanal für
Sprache und ein weiterer Kanal für
Hintergrundmusik etc.
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Das
Basissystem mit einer Zentraleinheit, Verteilereinheiten, Kabineneinheiten
und Peripheriegeräten
in einem Netzwerk weist damit eine Systemarchitektur auf, wie sie
derzeit bei Beschallungssystemen für Flugzeuge bekannt ist.
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Um
eine maximale Flexibilität
des Audiosystems in Bezug auf Aufteilung der Audiokanäle – insbesondere
in Hinblick auf unterschiedliche Wiedergabe in den verschiedenen
Teilbereichen – bei
hoher Klagqualität
zu gewährleisten,
setzt sich dagegen das erfindungsgemäße Audiosystem aus zwei Teilsystemen
zusammen, von denen eines, nämlich
das Basissystem permanent aktiv ist, und das andere, nämlich das
Erweiterungssystem wahlweise zu- oder abgeschaltet werden kann.
Das erfindungsgemäße Hybridsystem
wird im folgenden anhand von 3 erläutert.
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Das
Basissystem des erfindungsgemäßen Audiosystems
umfasst die bereits beschriebenen Verteilereinheiten 12,
die über
einen bidirektionalen Bus 15 und entsprechende Busschnittstellen 15a mit der
Zentraleinheit 11 und über
die bidirektionale Leitung 16 mit der Kabineneinheit 13 verbunden
ist. Das Basissystem dient vorwiegend der Wiedergabe von Informationsansagen
und bleibt auch eingeschaltet, wenn andere Komponenten beispielsweise
wegen eines Notfalls abgeschaltet werden müssen. Dies gilt insbesondere,
wenn die Stromversorgung wegen einer Störung auf Batteriebetrieb umgeschaltet
werden muss. Über
die Verteilereinheiten 12 werden die Kabineneinheiten 13 versorgt,
von denen die Endgeräte wie
z.B. die Lautsprecher 14 oder auch andere Geräte angesteuert
werden.
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Über das
an sich bekannte Basissystem 11, 12, 13 hinaus
umfasst das erfindungsgemäße Audiosystem
nach 3 einen Audio-Controller 18. Dieser Audio-Controller 18 wird
von der Zentraleinheit 11 nur dann angesprochen, wenn die
wiederzugebenden Daten über
reine Informationsansagen hinausgehen; nur dann wird der Audio-Controller
aktiviert. Dazu ist der Audio-Controller über eine
Busschnittstelle 11a mit der Zentraleinheit 11 verbunden.
Mit dem Audio-Controller 18 werden
die Endgeräte
des Erweiterungssystems versorgt. Somit verfügt der Audio-Controller 18 über eine
zweite Busschnittstelle 18a, über die er mit einem Erweiterungsbus 19 verbunden
ist. An diesem Erweiterungsbus 19 hängen wiederum alle Endgeräte, die
durch das Erweiterungssystem angesprochen werden können. So
sind beispielsweise weitere Audio-Endgeräte 20 vorgesehen,
die über eine
Schnittstelle 20a mit dem Erweiterungsbus 19 verbunden
sind. Die Audio-Endgeräte 20 versorgen ihrerseits über unidirektionale
Schnittstellen bzw. Leitungen 22 Erweiterungslautsprecher 21,
die ausschließlich
oder vorwiegend zur Wiedergabe von Unterhaltungsprogrammen für die Passagiere
dienen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind neben den Audio-Endgeräten 20 außerdem Erfassungseinheiten 23 vorgesehen, über die
Schallsignale aus der Kabine aufgenommen werden können. Dazu
sind an die Erfassungseinheiten 23 Mikrophone 24 angeschlossen,
die den Schallpegel in der Kabine aufnehmen und deren Ausgangssignal
von der jeweiligen Erfassungseinheit 23 über ein Schnittstelle
bzw. Leitung 25 erfasst wird. Die Erfassungseinheit 23 umfasst
ihrerseits eine Busschnittstelle 23a, über die sie die Aufnahmedaten
an den Datenbus 19 des Erweiterungssystems schickt, von dem
sie durch den Audio-Controller 18 abgerufen werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit den Audio-Endgeräten 20 und den Erfassungseinheiten 23 lässt sich
so eine Informationsrückkopplung
zwischen dem Schallfeld in der Flugpassgierkabine und dem Audio-Controller 18 verwirklichen.
Auf diese Art kann anhand des Aufnahmesignals des Kabinenmikrophons 24 überprüft werden, ob
die Wiedergabe in der Flugpassagierkabine optimal ist oder aus Gründen, die
mit der jeweiligen Raumakustik zusammenhängen, unverständlich wird.
Das Schallfeld kann dann automatisch an die tatsächlichen Bedingungen angepasst
werden, welche sich zeitlich je nach Flugphase des Flugzeugs ändern können. So
ist der Lärmpegel
während
der Start- und Landephase höher
als während
der eigentlichen Flugphase. Mit anderen Worten, die Kabinenmikrofone 24,
die in der Kabine verteilt sind, liefern Daten über das aktuelle Schallfeld
(Schalldruckpegelverteilung) und den Zustand des Beschallungssystems,
die wiederum in einer Erfassungseinheit 23 kodiert werden
und über
das Netzwerk zum Audio-Controller gesendet werden. Dort werden sie dazu
verwendet, die Signale "nachzubessern", um ein optimales
Klangergebnis in der Kabine zu erreichen.
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Die
Architektur des Erweiterungssystems ist gegenüber der des Basissystems um
eine Ebene verringert (eine der Verteilereinheit 12 vergleichbare Einheit
fehlt) und besteht aus einem offen Netzwerk, in welches dezentrale,
verteilte Passagiermodule oder Erfassungseinheiten 23 zur
Ansteuerung und Kontrolle der Schallgeber (Erweiterungslautsprecher)
und -empfänger
(Kabinenmikrofone) sowie für die
Signalverarbeitung eingebunden sind.
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Die
Bussysteme und Leitungen 15, 15a, 16 und 17 des
Basissystems sowie 11a, 18 und 18a des Erweiterungssystems
können
dabei insbesondere ein Glasfasernetz, ein Kupferkabelnetz oder ein
Aluminiumkabelnetz bilden. Über
das Netz werden dabei die Datenpakete, die die Musik- und Sprachsignale
sowie die ortsabhängigen
Parametersätze
für die jeweiligen
Steuer- und Verstärkereinheiten
beinhalten, versendet. Die Audio-Endgeräte 20 filtern sich entsprechend
der Kopfinformation die dem Installationsort entsprechenden Parameter
und Signale heraus und leiten sie weiter an die Steuer- und Verstärkereinheiten.
Das Netzwerk kann dabei jede beliebige Form annehmen, über die
bidirektional Daten ausgetauscht werden können (Baum-, Stern-, Ringstruktur).
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Mit
seinen verteilten Audio-Endgeräten 20, über die
die Erweiterungslautsprecher 21 angesteuert werden können, und
seinen Erfassungseinheiten 23 für den Anschluss von Kabinenmikrophonen 24 stellt
das Erweiterungssystem nach 3 somit
ein offenes Netzwerk dar.
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Bei
der Steuerung des oben beschriebenen Audiosystems wird i.a. standardmäßig das
Basissystem mit den Komponenten 12, 13, 14,
dem Bussystem 15 und den Leitungen 15a, 16, 17 betrieben,
um Informationsansagen wiederzugeben. Erst wenn den Passagieren
ein Unterhaltungsprogramm geboten werden soll, wird das Erweiterungssystem
mit den zusätzlichen
Komponenten 18, 20, 21, 23 und 24, dem
Bussystem 19 und den Leitungen 18a, 20a, 22, 23a und 25 aktiviert.
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Insbesondere
umfasst das Erweiterungssystem eine (nicht dargestellte) Klangsyntheseeinheit
innerhalb des Audio-Controllers 18, mit der ein Ansteuersignal
für jeden
der mehreren Erweiterungslautsprecher 21 berechnet wird.
Dabei sind die Erweiterungslautsprecher 21 vorzugsweise
räumlich
in der gesamten Flugzeugkabine 4 äquidistant verteilt und einzeln
durch den Audio-Controller 18 adressierbar. Für die Wiedergabe
durch das Erweiterungssystem wird mit der Klangsyntheseeinheit eine
Klangfeldberechnung durchgeführt,
wobei ein dem Fachmann bekannter Algorithmus für eine Wellenfeldsynthese (bzw.
eine Wellenfeldanalyse zur Analyse des Kabinenschallfeldes) verwendet
werden kann. So können einerseits
die gewünschten
akustischen Szenarien und Klangfelder erzeugt werden. Andererseits
können
bei analysiertem Wellenfeld sowie bei vorher bestimmten Raummoden
selektiv Änderungen
an der Kabinenschallverteilung vorgenommen werden, insbesondere
kann bei vorgegebenen Raummoden eine Schalldruckpegelverringerung
vorgenommen werden. Im einzelnen berechnet der Audio-Controller 18 abhängig von
der Kabinenkonfiguration alle Parametersätze (Verstärkungsfaktoren, lautsprecherabhängige Filterparameter,
Verzögerung,
Phasenlage, Dynamikkompression) für das Erweiterungs- und das Basissystem
und kodiert diese zusammen mit den Musik- und Sprachsignalen in
einem Datenstrom bzw. einer Folge von Datenpaketen. Die Methoden zur
Klangfeldberechnung, Schallfeldkontrolle und aktiver Lärmminderung
basieren auf Algorithmen wie Dolby Surround (eingetragene Marke),
Ambisonic (eingetragene Marke), Dolby ProLogic (eingetragene Marke),
Wellenfeldsynthese und -analyse sowie auf Basis der Schalldruckpegelverringerung
einzelner vorbestimmter oder adaptiv ermittelter Raummoden.
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Die
Klangfeldberechnung bzw. Schalldruckpegelverringerung erfolgt in
Abhängigkeit
von Eigenschaften und Installationsorten der Lautsprecher 14 bzw.
Erweiterungslautsprecher 21, was in einem (nicht dargestellten)
Speicher beim Einbau des Audiosystems in das Flugzeug abgespeichert
wird.
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Die
Berechnung bzw. Anpassung der Parameter für die Klangfeldberechnung bzw.
Schalldruckpegelanpassung erfolgt jeweils in Abhängigkeit von der jeweiligen
Kabinenkonfiguration. Die eigentliche Berechnung der Parameter kann
durch die Zentraleinheit 11 oder auch durch den Audio-Controller 18 erfolgen.
Alternativ kann die Berechnung auch in der Kabineneinheit 13 bzw.
in dem Audio-Endgerät 20 des
jeweiligen Lautsprechers 14 bzw. Erweiterungslautsprechers 21 stattfinden.
In dem Audio-Endgerät 20 kann
das von dem Audio-Controller 18 kommende Signal auch gefiltert
werden bzw. seine Phase manipuliert werden oder das Signal verzögert werden,
bevor eine Wiedergabe durch den Erweiterungslautsprecher 21 erfolgt.
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Mit
diesen Möglichkeiten
bietet es sich an, das erfindungsgemäße Erweiterungssystem des Audiosystems
zur adaptiven Schallfeldkontrolle und aktiven Lärmreduktion zu nutzen und damit
während
eines Fluges permanent zu betreiben.
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Als
Schallgeber kommen konventionelle, dynamische Lautsprecher wie auch
Elemente der Innenverkleidung des Passagierraumes infrage. Es können ebenso
gut integrierte, dynamische oder piezoelektrische Schwingungserreger
eingesetzt werden, die von den Steuer- und Verstärkereinheiten angesteuert werden.
Ferner können
als Verstärker
miniaturisierte Einheiten eingesetzt werden, welche rückseitig
auf einen Schallgeber aufgebracht werden. Ihre jeweilige Eingangsstufe
kann so eingerichtet sein, dass sie sich mittels der Kopfinformation
der Datenpakete auf dem Datenbus selbstständig die Parameter aus dem
Datenstrom herausliest, die für den
jeweiligen Installationsort relevant sind. Darüber hinaus können sie über einen
Prozessor zur digitalen Signalverarbeitung, Signalfilterung und
-verzögerung und
insbesondere zur Frequenzgangkompensation des angesteuerten Schallgebers
verfügen.
Vorzugsweise werden effiziente Leistungsverstärker (Class D, PCM-Verstärker) eingesetzt.
Auf diese Art wird es möglich,
unabhängig
von der realen Platzierung der physikalischen Schallquellen durch
Schallfeldsynthese mit realen und virtuellen Schallquellen räumliche Schallfelder
in der Flugzeugkabine zu erzeugen. Diese Schallfelderzeugung erfolgt
in Abhängigkeit
von den tatsächlichen
Bedingungen in der Flugzeugkabine. Dazu wird die Beschaffenheit
der Schallfelder in der Flugzeugkabine mit Kabinenmikrofonen erfasst und
in einer Kontrolleinheit des Audiosystems mit dem Ausgangssignal
des Audiosystems verglichen, so dass eine Adaptierung des Ausgangssignals
des Audiosystems in Abhängigkeit
von den realen Bedingungen in der Flugzeugkabine möglich wird.
Das Schallfeld wird durch eine große Anzahl von Lautsprechern
erzeugt, die in einer sogenannten Lautsprechermatrix oder einem
Array über
die Flugzeugkabine verteilt angeordnet sind, so dass sie theoretisch
jede beliebige Form einer Wellenfront nachbilden können. Durch
Zeitverzögerung
und Amplitudenskalierung der Audiosignale für jeden Lautsprecher wird er reicht,
dass sich die Schallfelder der einzelnen Lautsprecher in der gewünschten
Weise überlagern. Auf
diese Art können
sowohl Punktquellen als auch ein Ensemble von mehreren Schallquellen
wiedergegeben werden, wobei die Quellen statisch oder beweglich
sind. Einflüsse
auf die Wiedergabe durch die Flugzeugkabine wie Reflexionseigenschaften
und der Anzahl der Lautsprecher werden dabei berücksichtigt. Vorzugsweise wird
dazu durch die Zentraleinheit 11 wenigstens ein Steuerungsparameter
für die
mehreren Kabineneinheiten 13 und durch den Audio-Controller 18 ein
Steuerungsparameter für
die mehreren Audio-Endgeräte 20 ausgegeben.
Diese Steuerungsparameter werden zusammen mit Nutzsignalen in einem
Datenstrom über
das Bussystem übertragen
und von den jeweiligen Endgeräten
herausgefiltert. Die Steuerungsparameter umfassen vorzugsweise u.a.
Verstärkungsfaktoren,
lautsprecherabhängige
Filterparameter, Signalverzögerungen, Phasenlagen,
Dynamikkompression.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform
der Erfindung können
wenigstens einige der Lautsprecher 14 und Erweiterungslautsprecher 21 identisch sein,
so dass über
ein und denselben Lautsprecher 14 bzw. 21 Signale
einerseits des Basissystems und andererseits des Erweiterungssystems übertragen werden
können.
Dies hat den Vorteil, dass weniger Komponenten in dem Flugzeug eingebaut
werden müssen.
Andererseits kann es notwendig sein aus Sicht der Klangwiedergabe,
unterschiedliche Lautsprecher für
Basissystem und Erweiterungssystem zu verwenden. In diesem Fall
werden Lautsprecher und Erweiterungslautsprecher im Passagierraum 4 eingebaut.
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Aus
dem Vorangehenden ergibt sich, dass das Audiosystem in praktisch
beliebiger Anordnung in ein Flugzeug eingebaut werden kann. Für die Erzeugung
eines geeigneten Klangfeldes müssen
nur die Positionen der Lautsprecher abgespeichert werden, mit denen
das Klangfeld erzeugt wird. Es ist dann ohne weiteres möglich, das
Audiosystem bei einer Umstrukturierung des Flugzeugs von der Konfiguration
nach 1 derart zu verändern, dass beispielsweise
ein Unterhaltungsprogramm in dem Teilbereich 6 des Passagierraums 4 abgespielt
wird, während
in dem Teilbereich 7 des Passagierraums 4 eine
Ansage durchgegeben wird, in der auf zollfreien Einkauf o.dgl. hingewiesen
wird.
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Zusammenfassend
zeichnet sich das erfindungsgemäße Audiosystem
dadurch aus, dass bei einem Notfall für die Versorgung ausschließlich das Basissystem
eingesetzt wird und das Erweiterungssystem abgeschaltet wird. Im
Normalbetrieb kann dagegen das Basissystem zur Unterstützung des
erfindungsgemäßen Erweiterungssystems
eingesetzt werden, d.h. zusammen mit dem Erweiterungssystem für die Wiedergabe
spezieller Audiosignale. Dabei kann erfindungsgemäß das Basissystem
mit einer erweiterten Funktionalität ausgestattet werden, beispielsweise
um eine Signalkonditionierung zu ermöglichen, mit der wie beim Erweiterungssystem
beispielsweise die räumliche
Klangform durch geeignete Verzögerung
der Signale ausge wählter
einzelner Lautsprechersysteme bzw. Einspielung von Hallsequenzen
entsprechend eingestellt wird. Mit anderen Worten, das Basissystem
kann – bei
ggfs. eingeschränkter
Klangqualität – derart
ergänzt
werden, dass es in einigen Funktionen ähnlich ausgestattet ist wie
das Erweiterungssystem.
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Insbesondere
können
dabei ein Audiokanal für
das Basissystem und ein Audiokanal für das Erweiterungssystem zwei
Komponenten ein und desselben Wellenfeldes für die Wiedergabe eines Unterhaltungsprogramms übertragen,
so dass die beiden Systeme nicht unabhängig voneinander Programme übertragen,
sondern sich gegenseitig ergänzen.
Vorzugsweise dient dabei der Audiokanal für das Erweiterungssystem wenigstens
teilweise dazu, bei vorbestimmten Raummoden oder Schallfeldverteilungen eine
Schalldruckpegelverringerung vorzunehmen. Mit anderen Worten, während über das
weniger leistungsfähige
Basissystem ein Informationskanal übertragen wird, wird das Erweiterungssystem
dazu genutzt, sowohl ein Unterhaltungsprogramm über einen ersten Kanal zu übertragen
als auch eine Schalldruckpegelsenkung über einen zweiten Kanal zu
bewirken.
-
Die
Kabineneinheiten 13 wie auch die Audio-Endgeräte 20 für die Versorgung
von Lautsprechern 14 bzw. Erweiterungslautsprecher 21 umfassen
jeweils u.a. (nicht dargestellte) Verstärker, Filter und Verzögerungsschaltungen
für eine
gewünschte Anpassung
des Schallfeldes.
-
Die
Audiosignale sind bei dem erfindungsgemäßen Audio-Wiedergabesystem
bezüglich
der Anzahl der Kanäle
nicht beschränkt.
So sind für
die Übertragung
ein oder mehrere Kanäle
denkbar. Darüber
hinaus kann das Audiosignal insbesondere unterschiedliche Kanäle für die beiden
Teilbereiche 6 und 7 in der Flugzeugkabine 4 enthalten.
-
- 1
- Flugzeugrumpf
- 2
- Flügel
- 3
- Cockpit
- 4
- Passagierraum
- 5
- Außentür
- 6
- Business
Class
- 7
- Economy
Class
- 8
- Zwischenraum/Galley
- 9
- Sitzgruppe
Business Class
- 10
- Sitzgruppe
Economy Class
- 11
- Zentraleinheit
(Controller) von Basissystem, 11a Schnittstelle zum Audio-Controller
des
-
- Erweiterungssystems
- 12
- Verteilereinheit
von Basissystem
- 13
- Kabineneinheit
(Controller) von Basissystem, 13a Schnittstelle zum Erweiterungsbus
- 14
- Lautsprecher
des Basissystems
- 15
- Verbindung
zwischen Zentraleinheit 11 und Verteilereinheit 12 des
Basissystems, 15a
-
- Busschnittstelle
zum Bus des Basissystems
- 16
- Verbindung
(Schnittstelle) zwischen Verteilereinheit 12 und Kabineneinheit 13 des
Ba
-
- sissystems
- 17
- Verbindung
(Schnittstelle) zwischen Kabineneinheit 13 und Peripheriegerät (Lautspre
-
- cher) 14 des
Basissystems
- 18
- Audio-Controller
des Erweiterungssystems, 18a Busschnittstelle zum Bus des
Erweite
-
- rungssystems
- 19
- Erweiterungsbus
- 20
- Audio-Endgerät des Erweiterungssystems, 20a Schnittstelle
zum Erweiterungsbus
- 21
- Erweiterungslautsprecher
des Erweiterungssystems
- 22
- Verbindung
(Schnittstelle) zwischen Audio-Endgerät 20 und Peripheriegerät (Lautspre
-
- cher) 21 des
Erweiterungssystems
- 23
- Erfassungseinheit, 23a Schnittstelle
zum Erweiterungsbus
- 24
- Kabinenmikrophon
- 25
- Verbindung
(Schnittstelle) zwischen Kabineneinheit 23 und Kabinenmikrophon