DE102013007689B4 - Method for operating an audio system in a vehicle and audio system in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Audiosystems in einem Fahrzeug, umfassend
– eine Audioquelle (1) mit wenigstens einem rechten Audiokanal (R), einem linken Audiokanal (L) und einem Center-Audiokanal (C) und
– zwei direkt benachbart, direkt hinter einem Insassen (4) angeordnete Lautsprecher (2, 3), welche je ein Audiosignal in Richtung des Insassen (4) abstrahlen,
– wobei ein Seitensignal (SS) aus den im rechten Audiokanal (R) und linken Audiokanal (L) unterschiedlichen Signalanteilen gebildet wird,
– wobei ein erster Lautsprecher (2) der zwei Lautsprecher (2, 3) ein Direktaudiosignal (DAS) abstrahlt, das aus einer Summe aus dem Signal des Center-Audiokanals (C) und dem Seitensignal (SS) gebildet wird und
– wobei ein zweiter Lautsprecher (3) der zwei Lautsprecher (2, 3) ein Raumaudiosignal (RAS) abstrahlt, das aus einer Differenz aus dem Signal des Center-Audiokanals (C) und dem Seitensignal (SS) gebildet wird.A method of operating an audio system in a vehicle, comprising
An audio source (1) having at least a right audio channel (R), a left audio channel (L) and a center audio channel (C) and
- two directly adjacent, directly behind an occupant (4) arranged speakers (2, 3), which each emit an audio signal in the direction of the occupant (4),
In which a page signal (SS) is formed from the different signal components in the right audio channel (R) and left audio channel (L),
- wherein a first speaker (2) of the two speakers (2, 3) radiates a direct audio signal (DAS), which is formed from a sum of the signal of the center audio channel (C) and the page signal (SS) and
- wherein a second loudspeaker (3) of the two loudspeakers (2, 3) radiates a spatial audio signal (RAS), which is formed from a difference between the signal of the center audio channel (C) and the side signal (SS).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Audiosystems in einem Fahrzeug gemäß dem Anspruch 1 sowie ein Audiosystem in einem Fahrzeug gemäß dem Anspruch 6.The invention relates to a method for operating an audio system in a vehicle according to
Aufgrund immer leistungsfähigerer Unterhaltungselektronik in Fahrzeugen wächst das Bedürfnis nach Raumklang in Fahrzeugen ähnlich dem Raumklang von Surroundanlagen im Wohnzimmer oder Kino. Es gibt Tendenzen, diesen Raumklang in mehreren horizontalen Ebenen über eine Vielzahl von Lautsprechern zu erzeugen, um auf jedem Sitzplatz den gleichen Klang zu erleben. Dabei werden 16 oder mehr Lautsprecher in einem Fahrzeug verbaut. Dies fordert eine sehr aufwendige Verkabelung sowie einen hohen Material- und Montageaufwand, was zu teuren Einbauten führt. Darüber hinaus müssen entsprechende Codecs entwickelt werden, die die Vielzahl der notwendigen Signale codieren und decodieren. Weiterhin muss das Tonstück in entsprechender Qualität aufgezeichnet werden, damit die Lausprecher entsprechend ausgenutzt und angesteuert werden. Alternativ müssen herkömmliche Tonsignale auf die Vielzahl der Lautsprecher umgerechnet werden. Deutlich preiswertere Lösungen werden durch die Nutzung bestehender Tonformate und Codecs erzielt, wenn Lautsprecher sitzplatzbezogen angeordnet sind.Due to more and more powerful consumer electronics in vehicles, the need for surround sound in vehicles similar to the surround sound of surround systems in the living room or cinema is growing. There are tendencies to create this surround sound in several horizontal levels through a variety of speakers to experience the same sound in each seat. This 16 or more speakers are installed in a vehicle. This requires a very complicated wiring and a high material and assembly costs, which leads to expensive fixtures. In addition, appropriate codecs must be developed that encode and decode the variety of necessary signals. Furthermore, the sound piece must be recorded in the appropriate quality so that the speakers are utilized and controlled accordingly. Alternatively, conventional audio signals must be converted to the plurality of speakers. Significantly cheaper solutions are achieved by the use of existing sound formats and codecs when speakers are arranged seat-related.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Patentschrift
Die Offenlegungsschrift
Die Patentschrift
Die Patentschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Raumklang in einem Fahrzeug durch Signalverarbeitung zu verbessern, insbesondere einen sitzplatzbezogenen Surroundsound zu erreichen, ohne eine große Anzahl individueller Lautsprecher zu verbauen und ohne neue Codecs oder Audioformate entwickeln zu müssen, also mit bekannten und verbreiteten Audioformaten auszukommen.In contrast, it is the object of the present invention to improve the surround sound in a vehicle by signal processing, in particular to achieve a seating-related surround sound, without obstructing a large number of individual speakers and without having to develop new codecs or audio formats, so with known and popular audio formats get along.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Audiosystems in einem Fahrzeug gemäß dem Hauptanspruch 1 sowie durch ein Audiosystem in einem Fahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Das Audiosystem umfasst eine Audioquelle mit wenigstens einem rechten Audiokanal (R), einem linken Audiokanal (L) und einem Center-Audiokanal (C). Die Audioquelle ist vorzugsweise ein Autoradio oder ein im Fahrzeug integriertes Infotainmentsystem. Derartige Radios und Systeme sowie weitere mögliche Audioquellen, auch tragbar, sind bekannt und beinhalten Audiodecoder, die einen in einem Stereosignal codierten Mehrkanalton decodieren und die einzelnen Audiokanäle an unterschiedliche Lautsprecher senden. Weit verbreitete Mehrkanal-Tonsysteme sind 5.1-, 6.1- und 7.1-Tonsysteme, wobei 5.1 als Surround-Sound vor allem im Bereich von Kinofilmen weit verbreitet ist. Im 5.1-System sind 6 Audiokanäle codiert: zwei Frontkanäle (links und rechts), ein Front-Centerkanal, zwei Surroundkanäle (links und rechts) und ein LFE-Kanal (Low Frequenz Effects oder Enhancement) für tiefe Frequenzen zwischen 20 und etwa 120 Hz. Eine Weiterentwicklung des 5.1-Systems ist das 6.1-System, bei dem ein weiterer Surround-Backkanal (Surround-Centerkanal) hinzugefügt wird. Dieses Mehrkanal-Tonsystem ist bekannt als DTS-ES (Digital Theater Systems-Extended Surround). Dabei wird unterschieden zwischen Discrete 6.1, bei dem sieben unabhängige Kanäle codiert sind und Matrix 6.1, bei dem der Surround-Backkanal aus den linken und rechten Surroundkanälen errechnet wird. Letzteres ist nahezu identisch mit Dolby Digital EX. Da Autoradios oder Infotainmentsysteme mehrere Codierverfahren decodieren und wiedergeben können und auch aus nicht als Mehrkanalton vorliegenden Signalen einen Mehrkanalton berechnen und auf mehrere Kanäle verteilt an Lautsprecher versenden können, basiert die Erfindung vorteilhafterweise auf weit verbreiteter Hard- und Software. Wenigstens drei Audiokanäle, der rechte Audiokanal (R), der linke Audiokanal (L) und der Center-Audiokanal (C) werden für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt. Neben der Audioquelle sind wenigstens zwei direkt benachbart, hinter einem Insassen angeordnete Lautsprecher Teil des Audiosystems, wobei die Lautsprecher je ein Audiosignal in Richtung des Insassen abstrahlen. Vorzugsweise sind die zwei Lautsprecher in einer Kopfstütze eines Sitzes angeordnet. Erfindungsgemäß liegen die beiden Lautsprecher möglichst eng beieinander und grenzen vorzugsweise direkt aneinander an. Der horizontale Abstand der geometrischen Mittelpunkte der Abstrahlungsflächen der Lautsprecher ist dabei kleiner oder gleich dem Ohrabstand des durchschnittlichen Insassen. Der durchschnittliche Ohrabstand beträgt rund 17,5 cm. Genau genommen ist nicht der Ohrabstand, sondern der Trommelfellabstand ausschlaggebend, weshalb vorzugsweise der horizontale Abstand der geometrischen Mittelpunkte der Abstrahlungsflächen der Lautsprecher rund 14 cm beträgt. Dies hat den Vorteil, dass möglichst wenig Platz beim Einbau, z. B. in der Kopfstütze, beansprucht wird und dass die beiden Lautsprecher als eine Schallquelle wahrgenommen werden, was nachstehend erläutert wird. Der Abstand der geometrischen Mittelpunkte der Abstrahlungsflächen der Lautsprecher kann aber auch jede andere Größe annehmen, solange die beiden Lautsprecher als eine Schallquelle wahrgenommen werden. Insbesondere die Anordnung nicht in einer Kopfstütze und dafür in vergleichsweise größerem Abstand hinter dem Insassen ermöglicht eine wesentlich größere Ausführung der Lautsprecher und damit der Abstände der geometrischen Mittelpunkte der Abstrahlungsflächen.The object is achieved by a method for operating an audio system in a vehicle according to the
Der erste Lautsprecher strahlt ein Direktaudiosignal (DAS) ab, das aus einer Summe aus dem Signal des Center-Audiokanals (C) und einem Seitensignal (SS) gebildet wird. Der zweite Lautsprecher strahlt ein Raumaudiosignal (RAS) ab, das aus einer Differenz aus dem Signal des Center-Audiokanals (C) und dem Seitensignal (SS) gebildet wird. Das Seitensignal (SS) wird aus den unterschiedlichen Kanalanteilen des rechten Audiokanals (R) und des linken Audiokanals (L) gebildet. Mathematisch lässt sich das Seitensignal (SS) als
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der rechte Audiokanal (R), der linke Audiokanal (L) und der Center-Audiokanal (C) ein rechter Surroundkanal (SR), ein linker Surroundkanal (SL) und ein Center-Surroundkanal (SC). Wird der Audioquelle ein reines Stereosignal zur Verfügung gestellt, aus dem die Audioquelle ein Mehrkanal-Tonsystem berechnet, können im einfachsten Fall die Signale der linken und rechten Audiokanäle sowie des Center-Audiokanals der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung zugeführt und an die Lautsprecher übertragen werden. Die Audioquelle wird aber regelmäßig ein echtes Mehrkanal-Tonsystem oder ein durch Berechnung in vordere und Surroundkanäle getrenntes Mehrkanal-Tonsystem zur Verfügung stellen. In dem Fall werden die im Hauptanspruch gelieferten Audiosignale des rechten Audiokanals (R), des linken Audiokanals (L) und des Center-Audiokanals (C) speziell durch die jeweiligen Surroundkanäle gebildet. Vorteilhafterweise wird der Raumklang dadurch zusätzlich verbessert, weil zur Klanggestaltung der tieferen und breiteren Bühne eine inhaltliche Trennung der Signale hinzukommt, die eine weitere räumliche Differenzierung des abgestrahlten Audiosignals durch den Insassen ermöglicht.In an advantageous embodiment, the right audio channel (R), the left audio channel (L) and the center audio channel (C) is a right surround channel (SR), a left surround channel (SL) and a center surround channel (SC). If the audio source is provided with a pure stereo signal from which the audio source calculates a multichannel sound system, in the simplest case the signals of the left and right audio channels and of the center audio channel can be supplied to the signal processor according to the invention and transmitted to the loudspeakers. However, the audio source will periodically provide a true multi-channel sound system or a multi-channel sound system separated by calculation into front and surround channels. In this case, the audio signals of the right audio channel (R), the left audio channel (L) and the center audio channel (C) supplied in the main claim are specifically formed by the respective surround channels. Advantageously, the surround sound is thereby further improved, because the sound design of the deeper and wider stage, a content separation of the signals is added, which allows a further spatial differentiation of the radiated audio signal by the occupant.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden das Seitensignal (SS) und/oder das Signal des Center-Audiokanals (C) frequenzselektiv verstärkt. Frequenzselektive Verstärker sind auch als Equalizer bekannt. Damit kann der gesamte Seitensignalpegel und/oder nur einzelne automatisch und/oder manuell wählbare Frequenzen bzw. Frequenzbänder, z. B. Höhen oder Mitten, verstärkt werden. Verstärkt bedeutet positive und negative Verstärkung, also lauter und leiser. Durch Verstärkung des Seitensignalpegels kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise sehr einfach die Bühnenbreite vergrößert werden. Frequenzselektives Verstärken kann Klangbilder verändern. Dies ist bei schlechten Eingangssignalen der Audioquelle notwendig, kann nach Vorlieben des Insassen manuell geregelt oder automatisch an die Art des Eingangssignals, z. B. durch Verstärkung der Mitten bei Telefonaten oder Verstärkung der Tiefen bei Rockmusik, angepasst werden. Dabei können gespeicherte Klangprofile in Abhängigkeit der Eingangsquelle (Radio, CD, DVD, BluRay-Disk, Telefon, etc.) oder der verschiedenen Benutzer angelegt und verändert werden. Ein weiterer Vorteil ist die Korrektur von Verzerrungen im Frequenzgang, beispielsweise hervorgerufen durch die Lautsprecherchassis, welche in unterschiedlichen Einbausituationen, z. B. durch Nutzung der gleichen Lautsprecher in unterschiedlichen Kopfstützengeometrien, unterschiedliche Klangcharakteristika aufweisen. Eine derartige Korrektur kann im Rahmen eines Kalibriervorgangs durchgeführt werden, der zeitnah nach dem Einbau oder in regelmäßigen Abständen stattfinden kann. Der derart gewonnene Korrekturwert kann als permanenter Equalizer-Offset-Wert eingestellt bleiben. Dadurch wird eine Linearisierung des Übertragungsverhaltens der Lautsprecher über verschiedene Eingangssignale und Signalquellen hinweg erreicht.In a particularly advantageous embodiment, the side signal (SS) and / or the signal of the center audio channel (C) amplified frequency selective. Frequency-selective amplifiers are also known as equalizers. Thus, the entire side signal level and / or only individual automatically and / or manually selectable frequencies or frequency bands, z. As heights or centers, are reinforced. Reinforced means positive and negative amplification, so louder and quieter. By amplifying the side signal level, the stage width can advantageously be increased very simply when using the method according to the invention. Frequency selective amplification can change sound patterns. This is necessary for poor input signals of the audio source, can be controlled manually according to the occupant preferences or automatically to the nature of the input signal, eg. B. by amplifying the midst of telephone calls or amplification of the depths of rock music, adapted. Saved sound profiles can be created and changed depending on the input source (radio, CD, DVD, BluRay disc, telephone, etc.) or the various users. Another advantage is the correction of distortions in the frequency response, for example, caused by the speaker chassis, which in different installation situations, eg. B. by using the same speakers in different Kopfstützengeometrien, have different sound characteristics. Such a correction can be carried out as part of a calibration process, which can take place soon after installation or at regular intervals. The correction value thus obtained can be set as a permanent equalizer offset value. This achieves a linearization of the transmission behavior of the loudspeakers via various input signals and signal sources.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Seitensignal (SS) gegenüber dem Signal des Center-Audiokanals (C) oder das Signal des Center-Audiokanals (C) gegenüber dem Seitensignal (SS) laufzeitvariiert, vorzugsweise laufzeitverlängert. Das Seitensignal (SS) wird zur Bildung der Signalsumme des Direktaudiosignals (DAS) und zur Bildung der zweiten Signaldifferenz des Raumaudiosignals (RAS) verwendet. Die Laufzeitvariation wird bevorzugt nur auf das in die zweite Signaldifferenz eingehende Seitensignal (SS) angewendet, da die Effekte am besten zur Geltung kommen. Aus Gründen des Aufbaus des gesamten Audiosystems kann das Seitensignal (SS) aber auch direkt nach der Bildung als erste Signaldifferenz laufzeitvariiert werden, was zu einer Laufzeitvariation des in die zweite Signaldifferenz sowie des in die Signalsumme eingehenden Seitensignals (SS) führt. Vorteilhafterweise kann die Abstrahlcharakteristik der beiden Lautsprecher durch Laufzeitvariation verändert werden. Es kann ein eventuell vorhandener Versatz der Lautsprecher kompensiert werden, was mehr Freiheitsgrade beim Verbau der Lautsprecher und eine bessere Kalibrierung der Lautsprecher im gesamten Audiosystem erlaubt. Weiterhin können zusätzliche Lautsprecherpaare beim Fehlen von entsprechenden Insassen in ihrer Abstrahlcharakteristik derart verdreht werden, dass eine Nullabstrahlung der zusätzlichen Lautsprecher in Richtung des vorhandenen Insassen gedreht wird, um das Übersprechen der zusätzlichen Lautsprecher auf den vorhandenen Insassen zu minimieren.In a further particularly advantageous embodiment, the side signal (SS) relative to the signal of the center audio channel (C) or the signal of the center audio channel (C) with respect to the side signal (SS) variable in duration, preferably extended run time. The page signal (SS) is used to form the signal sum of the direct audio signal (DAS) and to form the second signal difference of the spatial audio signal (RAS). The time-of-flight variation is preferably applied only to the page signal (SS) arriving in the second signal difference, since the effects are best shown. For reasons of construction of the entire audio system, the page signal (SS) but also directly after the formation as a first signal difference can be varied in time, resulting in a propagation time variation of the in the second signal difference and in the signal sum incoming page signal (SS). Advantageously, the emission of the two speakers can be changed by runtime variation. It can be compensated for any existing offset of the speakers, which allows more freedom in the installation of the speakers and a better calibration of the speakers throughout the audio system. Furthermore, in the absence of corresponding occupants, additional pairs of speakers may be rotated in their radiation characteristic such that zero radiation of the additional loudspeakers is rotated in the direction of the existing occupant in order to minimize crosstalk of the additional loudspeakers to the existing occupants.
Um die Abstrahlcharakteristik der beiden Lautsprecher in beide Richtungen verdrehen zu können, kann alternativ das Signal des Center-Audiokanals (C) gegenüber dem Seitensignal (SS) laufzeitvariiert, vorzugsweise laufzeitverlängert werden.In order to be able to rotate the emission characteristic of the two loudspeakers in both directions, the signal of the center audio channel (C) can alternatively be varied over the propagation time, preferably run time, relative to the side signal (SS).
In einer weiteren Ausgestaltung stellt die Audioquelle wenigstens fünf Kanäle, nämlich einen rechten Front-Audiokanal (FR), einen linken Front-Audiokanal (FL), einen rechten Surroundkanal (SR), einen linken Surroundkanal (SL) und einen Center-Surroundkanal (SC), zur Verfügung. Der rechte Audiokanal (R), der linke Audiokanal (L) und der Center-Audiokanal (C) sind dabei der rechte Surroundkanal (SR), der linke Surroundkanal (SL) und der Center-Surroundkanal (SC). Vorzugsweise werden zusätzlich ein Front-Centeraudiokanal (FC) sowie ein LFE-Audiokanal (LFE) zur Verfügung gestellt, abhängig von den tatsächlich verbauten Lautsprechern. Vorteilhafterweise wird dabei ein Lautsprechersystem im Fahrzeug, bestehend aus linken und rechten Frontlautsprechern, vorzugsweise aus einem Front-Centerlautsprecher, zwei direkt benachbart, hinter einem Insassen angeordneten Surroundlautsprechern (rechts und links) sowie vorzugsweise einem Basslautsprecher, realisiert. Dieses Lautsprechersystem weißt erfindungsgemäß einen räumlich differenzierten, in seinem Klangbild veränderlichen und in seinem Bühnenbild variablen Raumklang auf.In another embodiment, the audio source provides at least five channels, namely a right front audio channel (FR), a left front audio channel (FL), a right surround channel (SR), a left surround channel (SL), and a center surround channel (SC ), to disposal. The right audio channel (R), the left audio channel (L) and the center audio channel (C) are the right surround channel (SR), the left surround channel (SL) and the center surround channel (SC). Preferably, a front-center audio channel (FC) and an LFE audio channel (LFE) are additionally provided, depending on the actually installed speakers. Advantageously, a speaker system in the vehicle, consisting of left and right front speakers, preferably from a front center speaker, two directly adjacent behind a passenger arranged surround speakers (right and left) and preferably a woofer, realized. According to the invention, this loudspeaker system has a spatially differentiated spatial sound, variable in its sound and variable in its stage image.
Weiterhin wird eine Vorrichtung in Form eines Audiosystems zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens offenbart. Der Vorteil gegenüber den aktuellen Bemühungen, möglichst viele Lautsprecher in Fahrzeugen auf unterschiedlichen horizontalen Ebenen unterzubringen, liegt nicht nur in der verringerten Zahl der zu verbauenden Lautsprecher und dem vergleichbaren Raumklang bei wesentlich vereinfachter Signalverarbeitung, sondern vor allem in der modularen Anordnung der Lautsprecher. Es können beliebig viele Sitze eines Fahrzeuges mit Lautsprechern ausgerüstet werden, ohne verfahrenstechnisch etwas zu verändern. Die Lautsprecher können bereits innerhalb der Wertschöpfungskette des Fahrzeuges, z. B. durch einen Kopfstützenzulieferer, integriert werden und müssen nicht durch hohen Aufwand nachträglich individuell in das fertige Fahrzeug eingebaut werden.Furthermore, a device in the form of an audio system for implementing the method according to the invention is disclosed. The advantage over the current efforts to accommodate as many speakers in vehicles on different horizontal levels, not only lies in the reduced number of speakers to be installed and the comparable surround sound at significantly simplified signal processing, but especially in the modular arrangement of the speakers. It can be equipped as many seats of a vehicle with speakers, without procedural change something. The speakers can already within the value chain of the vehicle, z. B. by a headrest supplier, and do not have to be installed by high effort subsequently individually in the finished vehicle.
Ausführungsbeispiel embodiment
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details of the invention are described in the drawing with reference to schematically illustrated embodiments.
Hierbei zeigt die einzige
Parallel dazu wird das Signal des Center-Surroundkanals (SC) über Übertragungsmittel
Anschließend wird das frequenzselektiv verstärkte Seitensignal (SS) vor dem Eingang in ein Mittel
Parallel dazu wird das frequenzselektiv verstärkte Seitensignal (SS) vor dem Eingang in ein zweites Mittel
Eine weitere Funktion der Equalizer
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Surrounddecoder mit drei AusgängenSurround decoder with three outputs
- 22
- erster Lautsprecher (DAS)first speaker (DAS)
- 33
- zweiter Lautsprecher (RAS)second loudspeaker (RAS)
- 44
- Insasseinmate
- 55
- Übertragungsmitteltransmission means
- 66
- weitere Übertragungsmittelfurther transmission means
- 77
- erstes Mittel zum Bilden der ersten Signaldifferenzfirst means for forming the first signal difference
- 88th
- Mittel zum Bilden der SignalsummeMeans for forming the signal sum
- 99
- zweites Mittel zum Bilden der zweiten Signaldifferenzsecond means for forming the second signal difference
- 1010
- SeitensignalequalizerSide signal equalizer
- 1111
- Mittel zum Variieren der Laufzeit SeitensignalMeans for varying the runtime side signal
- 1212
- Center-SignalequalizerCenter-signal equalizer
- 1313
- Mittel zum Variieren der Laufzeit Center-SignalMeans of varying the runtime center signal
Claims (11)
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