-
Die
Erfindung betrifft ein Klangerzeugungssystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren
zur Optimierung eines entsprechenden Klangerzeugungssystems.
-
Moderne
Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einem Klangerzeugungssystem,
wie einem Radio oder einem Multimediaaudiosystem, ausgestattet. Das
Fahrzeuginnere ist jedoch von einer idealen akustischen Umgebung
weit entfernt. Wegen des relativ kleinen Innenraums, seiner unregelmäßigen Form,
der akustischen Eigenschaften der Reflexionsflächen und Hindernisse im Inneren
sowie der zur Montage von Lautsprechern lediglich verfügbaren nichtoptimalen
Standorte ist die Frequenzgangcharakteristik des wiedergegebenen
Klangs, wie er an einem Hörstandort
(z.B. auf dem Fahrersitz) wahrgenommen wird, verzerrt.
-
Entzerrung
ist, wie in der
DE10359038
A1 beschrieben, ein bekanntes Verfahren, bei dem der Frequenzgang
und/oder die Laufzeit jedes einzelnen Audiokanals zur Kompensation
der wiedergegebenen Audiocharakteristiken elektronisch modifiziert werden,
um ein attraktiveres Frequenzspektrum bereitzustellen. Das gewünschte Spektrum
ist nicht notwendigerweise eben. In vielen Kraftfahrzeuganwendungen
ist die Bereitstellung einer größeren Verstärkung von
Bassfrequenzen erwünscht
(d.h. Bassverstärkung),
um die Strassen- und Motorgeräusche
zu überdecken.
Eine Entzerrung umfasst eine Verringerung von Audiofrequenzen, die
durch die akustische Umgebung des Fahrzeugs über eine Sollspektralkurve
hinaus überbetont
werden.
-
Die
Neugestaltung der vom Hörer
wahrgenommenen Spektralempfindlichkeit wird mithilfe eines Entzerrungsfilters
erreicht, das typischerweise innerhalb eines Digitalsignalprozessors
(DSP) implementiert ist. Die Frequenzverstärkungskurve eines bestimmten
Filters wird durch den Satz von Filterkoeffizienten bestimmt, der
in einer mehrfach angezapften, rekursiven Filterstruktur, wie beispielsweise
einem Filter mit finitem (FIR) oder infinitem Stossverhalten (IIR),
verwendet wird.
-
Es
ist bekannt, dass ein Entzerrungsfilter durch Justierung des Filterkoeffizientensatzes
unterschiedlichen Fahrzeuginneren angepasst werden kann. Wie im
US-Patent 5,617,480 dargestellt
ist, kann für
ein bestimmtes Fahrzeugmodell oder eine bestimmte Fahrzeugumgebung
ein Koeffizientensatz mithilfe eines Testfahrzeugs in einem Klanglabor
ermittelt und die daraus resultierenden Entzerrungsparameter gespeichert
sowie anschließend
in den Speicher eines solchen Audiosystems einprogrammiert werden,
das in dieselbe Fahrzeugumgebung wie die des Testfahrzeugs installiert
wird.
-
Entsprechend
einer aus dem Patent
US 5,617,480 bekannten
Lehre kann das Audiosystem mit einem elektrisch programmierbaren
Speicher (z.B. einem EEPROM) ausgelegt sein, und die Entzerrungsfilterkoeffizienten
werden in dem Zeitpunkt in den Speicher geladen, zu dem das Audiosystem im
Fahrzeugmontagewerk in ein Fahrzeug eingebaut wird. Damit wird ein
Teil des anwenderprogrammierbaren Speichers für die Aufnahme der Koeffizienten reserviert,
die während
des Systembetriebs durch das Entzerrungsfilter tatsächlich verwendet
werden.
-
In
der
DE10359038 A1 ist
auch die Generierung eines Entzerrungskoeffizientensatzes offenbart. In
einem Klanglabor wird eine Vorproduktions- oder Prototypeinheit eines bestimmten
Fahrzeugmodells und einer bestimmten Innenausstattung zur Bestimmung
eines Entzerrungskoeffizientensatzes getestet, der zu verwenden
ist. Aus Testgründen
ist eine Teststeuerung an einer Kopfeinheit und an eine im Innenraum
aufgestellte Gruppe von Mikrofonen angeschlossen. Ein Audiotestsignal
(z.B. ein Rosa-Rauschen)
wird zur Wiedergabe über
die Lautsprecher an die Kopfeinheit gekoppelt. Die Mikrofone nehmen den
resultierenden Klang an festgelegten Standorten im Innenraum auf,
und die Mikrofonsignale werden zur Bestimmung des erzeugten Frequenzspektrums analysiert.
Koeffizienten für
ein Entzerrungsfilter in der Kopfeinheit (Headunit) werden interaktiv
justiert, bis eine Sollspektralkurve über die Mikrofone erfasst wird.
Der endgültige
Koeffizientensatz zur Produktion der Sollentzerrung wird für eine spätere Eingliederung
in die zur Verwendung mit dem Zielfahrzeugmodell/der Zielkonfiguration
vorgesehenen Audiosysteme der allgemeinen Produktion gespeichert.
-
Es
wird dabei aber nur die Laufzeit vom Lautsprecher zum Hörort mittels
eines Verzögerungsgliedes
kompensiert. Diese Kompensation erfolgt außerdem nur bezüglich eines
Hörortes.
Dies führt
zu einem insgesamt unbefriedigenden Ergebnis.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine technische Lehre
anzugeben, mit welcher die Klangqualität eines Klangerzeugungssystems
im Innenraum eines Kraftfahrzeuges verbessert werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen. Im Rahmen der Erfindung liegen dabei auch Weiterbildungen
des unabhängigen
Verfahrensanspruchs, die den abhängigen
Systemansprüchen
entsprechen.
-
Die
Erfindung basiert auf dem Gedanken, die verschiedenen parallel ausgegebenen
Audiosignale einer Klangquelle, die von verschiedenen Mittel-Hochton-Lautsprechern,
insbesondere an verschiedenen Orten abgestrahlt werden, jeweils
unter Berücksichtigung
der verschiedenen Fahrzeugsitzpositionen oder Insassen-Sitzpositionen,
insbesondere hinsichtlich der verschiedenen erwarteten Hör-Orte,
zu optimieren. Es wird also bei der Optimierung nicht nur ein Hör-Ort oder
ein Hör-Bereich,
sondern eine Vielzahl von Hör-Orten,
die eben den Fahrzeugsitzpositionen entsprechen, berücksichtigt.
Insbesondere wird jedes Audiosignal oder jeder Audiokanal unter
Berücksichtigung
der verschiedenen Fahrzeugsitzpositionen optimiert oder korrigiert.
-
Ein
bevorzugtes Klangerzeugungssystem für ein Fahrzeug mit mehreren
Fahrzeugsitzen an verschiedenen Fahrzeugsitzpositionen weist eine Klangquelle
zur parallelen Ausgabe einer Vielzahl verschiedener Audiosignale
auf. Die Klangquelle kann beispielsweise ein Radio, einen CD-Player,
einen DVD-Player oder ein anderes Mehrkanal-Tonsystem oder Mehrkanal-Audiosystems umfassen. Die
Klangquelle kann beispielsweise auf einem Dolby Surround Prologic-,
einem Dolby Stereo-, einem Dolby 5.1-, einem Dolby Digital- oder
einem Dolby Pro Logic II-System basieren, und eine entsprechend erzeugte
Vielzahl verschiedener Audiokanäle
ausgeben. Ein Audiosignal umfasst dabei vorzugsweise mehrere oder
alle Audiokanäle
eines Mehrkanal-Tonsystems.
-
Durch
eine Verstärkereinrichtung,
die mit der Klangquelle zusammen wirkt, oder die ein Bestandteil
der Klangquelle ist, werden die Audiosignale verstärkt.
-
Zudem
ist eine Vielzahl von Mittel-Hochton-Lautsprechern zur Ausgabe jeweils
eines verstärkten
Audiosignals vorgesehen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Mittel-Hochton-Lautsprecher
mindestens so groß wie
die Anzahl der durch die Klangquelle parallel ausgegebenen Audiosignale.
-
Eine
Prozessoreinrichtung, die mit der Klangquelle und der Verstärkereinrichtung
zusammen wirkt, und die Bestandteil der Klangquelle und/oder der
Verstärkereinrichtung
sein kann, ist zur Korrektur der Audiosignale derart eingerichtet
ist, dass die Audiosignale jeweils hinsichtlich mehrerer Fahrzeugsitzpositionen
oder Insassen-Sitzpositionen optimiert werden. Die Prozessoreinrichtung,
insbesondere ein digitaler Signalprozessor, wirkt dabei beispielsweise
als ein Set von Vorverzerrungsfiltern, die jeweils einem Lautsprecher
oder einer Gruppe von Lautsprechern zugeordnet sind.
-
Vorzugsweise
erfolgt die Optimierung der Audiosignale jeweils hinsichtlich mehrerer
Fahrzeugsitzpositionen hinsichtlich Phasengang und Amplitudengang,
insbesondere hinsichtlich des komplexen Frequenzgangs, der einzelnen
Audiosignale.
-
Besonders
bevorzugt ist ein Klangerzeugungssystem bei dem die einzelnen Audiosignale
jeweils dadurch hinsichtlich mehrerer Fahrzeugsitzpositionen hinsichtlich
Phasengang und Amplitudengang, insbesondere hinsichtlich des komplexen
Frequenzgangs, optimiert werden, dass der Phasengang und der Amplitudengang,
insbesondere der komplexe Frequenzgang, der Audiosignale jeweils hinsichtlich
mehrerer Fahrzeugsitzpositionen möglichst linearisiert oder entzerrt
werden. Die Optimierung hat also zum Ziel, dass der Phasengang (Phasenverlauf
oder Phasendifferenzverlauf (Differenz zwischen Ausgangssignal und
Eingangssignal)) und der Amplitudengang (Amplitudenverlauf oder
Amplitudenquotient (Quotient zwischen Ausgangssignal und Eingangssignal))
möglichst
linear und/oder möglichst
konstant über
die Frequenz, insbesondere im hörbaren
Frequenz-Bereich, verläuft.
-
Die
Optimierung erfolgt dabei im Sinne eines Kompromisses zwischen den
Fahrzeugsitzpositionen derart, dass der Phasengang und der Amplitudengang
möglichst
linear und/oder möglichst
konstant bezüglich
mehrerer oder aller Fahrzeugsitzpositionen verlaufen. Denn die Optimierung
nur hinsichtlich einer Fahrzeugsitzposition hätte eine unerwünschte Verschlechterung,
Delinearisierung oder Verzerrung für die anderen Fahrzeugsitzpositionen zur
Folge. Das Ergebnis ist dann nicht ein möglichst linearer oder konstanter
Phasengang oder Amplitudengang an einer Fahrzeugsitzposition, sondern
eine Vielzahl möglichst
linearer oder konstanter Phasengänge
oder Amplitudengänge
an verschiedenen Fahrzeugsitzpositionen, die aber jeweils in der
Regel weniger linear oder konstant sind als ein nur hinsichtlich
einer Sitzposition optimierter Phasengang oder Amplitudengang wäre.
-
Vorzugsweise
umfasst das Klangerzeugungssystem zudem mindestens zwei Tieftonlautsprechern,
die jeweils unter einem Vordersitz angeordnet sind. Dadurch können die
Mittel-Hochton-Lautsprecher mit Tieftonlautsprechern derart ergänzt werden,
dass ein besonders wirksamer Raumklang entsteht.
-
Vorzugsweise
werden bei der oben genannten Optimierung die Fahrzeuggeometrie,
die Lautsprecheranordnung, die Fahrzeugsitzpositionen und/oder die
Fahrzeuginnenraumoberflächenmaterialien
berücksichtigt.
-
Im
Rahmen der Erfindung liegt daher auch ein Verfahren zur Optimierung
eines Klangerzeugungssystems eines Fahrzeuges, bei dem durch einen
Mittel-Hochton-Lautsprecher ein verstärktes Audiosignal ausgegeben
wird, bei dem das ausgegebene Audiosignal jeweils an verschiedenen
Fahrzeugsitzpositionen, insbesondere an entsprechenden verschiedenen
Hörorten,
durch zumindest ein Mikrofon, insbesondere durch eine matrixförmig angeordnete Vielzahl
von neun Mikrofonen aufgenommen wird, und bei dem eine Prozessoreinrichtung
zur Korrektur des Audiosignals derart eingerichtet wird, dass das Audiosignal,
insbesondere basierend auf diesen verschiedenen aufgenommenen Audiosignalen,
hinsichtlich mehrerer Fahrzeugsitzpositionen optimiert wird. Die
Optimierung kann dabei gemäß einem
der bereits erläuterten
Verfahren erfolgen.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die folgende Figur näher
erläutert:
-
1 zeigt
eine vereinfachte Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit Klangerzeugungssystem.
-
1 zeigt
ein Fahrzeug F mit vier Fahrzeugsitzen FS. Unter den beiden Vordersitzen
ist jeweils ein Tiefton-Lautsprecher TT angeordnet, und in der Innenverkleidung
des Fahrzeuges F sind mehrere Mittel-Hochton-Lautsprecher MHT angeordnet.
-
Außerdem umfasst
das Klangerzeugungssystem des Fahrzeuges eine Klangquelle KQ zur
parallelen Ausgabe einer Vielzahl verschiedener Audiosignale, eine
Verstärkereinrichtung
VE zur Verstärkung
der Audiosignale, und eine Prozessoreinrichtung PE, insbesondere
ein Set von Vorverzerrungsfiltern (für verschiedene Lautsprecher
oder verschiedene Gruppen von Lautsprechern jeweils ein Vorverzerrungsfilter)
oder Vorkompensationsfiltern, zur Korrektur der Audiosignale derart,
dass die Audiosignale jeweils hinsichtlich mehrerer Fahrzeugsitzpositionen optimiert
werden. Durch die Tiefton-Lautsprecher TT und/oder die Mittel-Hochton-Lautsprecher MHT,
die mittels nicht dargestellter Leitungen mit der Verstärkereinrichtung
VE verbunden sind, werden die verstärkten und optimierten Audiosignale
ausgegeben.
-
Die
Optimierung der Audiosignale erfolgt hinsichtlich mehrerer Fahrzeugsitzpositionen
hinsichtlich Phasengang und Amplitudengang derart, dass der Phasengang
und der Amplitudengang der Audiosignale jeweils hinsichtlich mehrerer
Fahrzeugsitzpositionen möglichst,
insbesondere im Sinne eines Kompromisses, linearisiert oder entzerrt
werden. Diese Optimierung wird beispielsweise basierend auf einem
Verfahren zur Auslegung eines Vorkompensationsfilters (Prozessoreinrichtung),
wie es an sich aus der
EP
1355509 B1 bekannt ist, durchgeführt.
-
Die
Optimierung erfolgt dabei für
alle Sitzpositionen im Fahrzeug gleichzeitig. Hierzu wird von jeder
Sitzposition die Transferfunktion zu jeder einzelnen Lautsprecherposition
gemessen und beispielsweise basierend auf dem Verfahren aus der
EP 1355509 B1 eine
Korrekturfunktion für
jeden Lautsprecher oder jede Lautsprechergruppe errechnet. Die Korrekturfunktion wird
dem Übertragungsverhalten
des eingesetzten Verstärkers
VE durch die Prozessoreinrichtung PE überlagert.
-
Im
Vergleich zu herkömmlichen
Lautsprecheranordnungen ist sowohl mit einem stereofonen (2-kanaligem)
Quellsignal als auch bei einer Mehrkanalquelle (typischerweise ein
5.1 kanaliges Signal, z.B. von einer DVD) eine von der Frequenz
im Wesentlichen unabhängige
Wiedergabelautstärke
als auch eine vom Lautsprecher Einbauort unabhängige Ortung der Schallquelle
gegeben. Diese Wiedergabequalität
wird für
alle Sitzpositionen erreicht. Die Wiedergabequalität ist nicht
belegungsabhängig,
da keine Umschaltung abhängig
von der Anzahl der Passagiere erfolgt. Die hohe Wiedergabequalität führt zu einer
geringeren Ermüdung
während
der Fahrt und trägt
damit zu einer höheren
Sicherheit bei.