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Hintergrund der Erfindung
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Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit einem Audiosystem auszustatten. Hierzu werden üblicherweise elektrodynamische Lautsprecher verwendet. Elektrodynamische Lautsprecher umfassen einen Magneten, eine Tauchspule sowie eine Membran. Die Membran ist notwendig, um die Bewegung der Tauchspule in Luftschall zu wandeln, um so diesen Luftschall an den Innenraum des Fahrzeugs abzugeben. Zur effizienten Wandlung in Luftschall ist erforderlich, dass die Membran eine gewisse Fläche aufweist, da bei geringen Flächen die bewegte Luftmasse zu gering ist, um eine effiziente Luftschallerzeugung zu gewährleisten.
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Mit der Verwendung von elektrodynamischen Lautsprechern ist das Erfordernis verknüpft, relativ viel Bauraum für die Lautsprecher bereitzustellen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich das Bauraumerfordernis von Audiosystemen verringern lässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung und der Figur.
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Es wird vorgeschlagen, flächige Elemente wie Verkleidungsteile des Fahrzeuginnenraums oder Fahrzeugkomponenten selbst über Körperschallaktuatoren anzuregen, um durch die derart in Schwingung versetzten Teile eine Audioreproduktion im Fahrzeug zu realisieren. Im Gegensatz zu Lautsprechern kommen Körperschallaktuatoren ohne Teile wie Membran, Sicke, Zentrierspinne und Lautsprecherkorb aus, wodurch diese deutlich kleiner und leichter ausfallen. Aufgrund Ihrer geringeren Größe (mangels Membran usw.) benötigen Körperschallwandler nur wenig Bauraum und können flexibler im Fahrzeug positioniert werden. Durch eine geeignete Positionierung von Körperschallwandlern lassen sich Krafteinwirkung, Wirkungsgrad, Frequenzbandbreite, Abstrahlcharakteristik und/oder Klangcharakter geeignet ausgestalten. Werden in einem Fahrzeug mehrere unterschiedliche Flächen durch Körperschallwandler in Schwingung versetzt, lässt sich durch eine geeignete Auswahl und Kombination aus Flächen und Körperschallwandlern das gesamte Audiospektrum in ausreichender Genauigkeit abbilden.
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Ein Vorteil der Verwendung von Verkleidungsteilen oder anderer, bereits im Fahrzeug bestehenden (vorzugsweise flächiger) Komponenten ist die Abstrahlcharakteristik. Durch die größere, teilweise plane Geometrie entsteht ein Flächenstrahler oder auch ein Biegewellenschwinger. Eine solche Schaltquelle zeichnet sich durch eine breite und diffuse Schallabstrahlung aus, welche gegenüber üblicherweise gerichteten und punktförmigen Abstrahlungen von Lautsprechern Vorteile hat. Ferner ist eine positive Eigenschaft eines Flächenstrahlers, der wie hier beschrieben realisiert werden kann, die verringerte Lokalisierbarkeit der Schallquelle. Es kann sich aus der breiten Abstrahlcharakteristik eine bessere Abdeckung des Fahrzeuginnenraums bereits bei einer niedrigen Anzahl von Körperschallwandlern erreichen. Durch geringe Größe und reduziertes Gewicht der Körperschallwandler können Einbauorte verwendet und werden, die sich nicht zum Einsatz vor Lautsprechern eignen würden. Dadurch ist die Anordnung der Körperschallwandler flexibler gegenüber der Anordnung von Lautsprechern.
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Im Fahrzeug existieren eine Vielzahl anregbarer Flächen. Die Ankopplung des Körperschallwandlers kann durch eine Schraubverbindung, eine Verklebung, Einrastverbindungen oder durch Aushärten von Spachtelmasse realisiert werden. Auch hier ist keine aufwändige Einbaumechanik erforderlich, wie es für Lautsprecher erforderlich wäre.
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Die Krafteinleitung kann bei Körperschallwandlern durch ein Zwischenstück optimiert werden, wobei Materialeigenschaften und/oder Geometrie derart ausgestaltet werden können, dass es sich eine gewünschte Abstrahlcharakteristik oder eine spektrale Bandbreite ergibt. Ein solches Zwischenstück kann aus Plexiglas, Aluminium, thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen mit oder ohne Faserverstärkung, harzgebundene Werkstoffe wie Ureol oder Kautschuk verwendet werden.
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Zur Anpassung der Struktur oder der Oberflächenbeschaffenheit von Verkleidungsteilen oder anderen Komponenten, an denen ein Körperschallwandler befestigt wird, können diese mit Verstärkungselementen versehen werden. Ferner können zueinander bewegliche Flächen, wie etwa eine Klappe und eine feste Komponente des Kraftfahrzeugs in geschlossenem Zustand des Fahrzeugs miteinander verpresst werden (d.h. in form- oder kraftschlüssige Verbindung geraten) beispielsweise indem ein Zwischenteil eingefügt wird, welches die schallübertragende Verbindung zwischen den beiden Komponenten herstellt, wenn das Fahrzeug bzw. die bewegliche Fläche oder Klappe geschlossen ist.
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Es wird ein Kraftfahrzeug mit einem Audiosystem beschrieben, das zumindest eine Einkopplungsfläche einer Fahrzeugkomponente, einer Innenraumverkleidung der Fahrzeugkomponente oder einer Stirnwand umfasst. Das Audiosystem umfasst mindestens einen Körperschallwandler, der an der Einkopplungsfläche angebracht ist. Die Einkopplungsfläche, die Innenraumverkleidung bzw. die Stirnwand sind üblicherweise Teil des Kraftfahrzeugs, wobei jedoch durch die Anbringung eines Körperschallwandlers dieses Teil des Fahrzeugs zu einem Teil des Audiosystems wirkt. Daher können die Einkopplungsfläche, die Fahrzeugkomponente, die Innenraumverkleidung und/oder die Stirnwand als Teil des Kraftfahrzeugs allgemein oder als Teil des Audiosystems angesehen werden.
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Das Audiosystem umfasst beispielsweise mehrere Körperschallwandler. Diese können an unterschiedliche Stellen der Einkopplungsfläche eingebracht sein. Die Körperschallwandler sind mit Ausgängen eines Audioverstärkers verbunden. Die Ausgänge des Audioverstärkers weisen unterschiedliche Audio-Raumorientierungen auf. Unterschiedliche Audio-Raumorientierungen sind etwa links/rechts, oben/unten, vorne/hinten oder andere Positionen innerhalb des Fahrzeugs, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs vorgesehen sind.
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Mindestens ein Körperschallwandler ist an einer Einkopplungsfläche angeordnet, die von einer inneren Verkleidung einer Tür oder Klappe gebildet wird. Alternativ oder in Kombination hierzu kann mindestens ein Körperschallwandler an einer Einkopplungsfläche angeordnet sein, die von einer Verkleidung einer Säule des Fahrzeugs gebildet wird. Hierbei kommen die A-, B-, oder C-Säulen in Betracht, wobei auch D-Säulen in Betracht kommen, sofern die betreffende Säule in dem Fahrzeug vorgesehen ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann mindestens ein Körperschallwandler an einer Einkopplungsfläche angeordnet sein, die von einer inneren Verkleidung einer Mittelkonsole, eines Dachhimmels, einer Instrumententafel, eines Armaturenbretts, eines Fonds, eines Kofferraums, einer Heckablage, eines Ladebodens (eines Kofferraums) und/oder einer Innenseite des Kofferraums gebildet wird. Diese Anordnungsmöglichkeiten betreffen Verkleidungen, die insbesondere direkt an den freien Innenraum des Kraftfahrzeugs angrenzen.
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Weiterhin können Körperschallwandler alternativ oder in Kombination mit den genannten Befestigungsorten an Verkleidungen auch direkt an Fahrzeugkomponenten befestigt sein. Dies betrifft Fahrzeugkomponenten, die mit einer Verkleidung versehen sind, und Fahrzeugkomponenten, deren Oberfläche direkt an den freien Fahrzeuginnenraum bzw. in den Kofferraum angrenzt. Mindestens ein Körperschallwandlers kann an einer Einkopplungsfläche angeordnet sein, die von einer Türinnenseite, einer Säule des Fahrzeugs (A-, B-, C- und/oder D-Säule), von einer Mittelkonsole, von einem Dachhimmel, von einer Instrumententafel, von einem Armaturenbrett, von Wänden des Fonds oder des Kofferraums, von der Heckablage und/oder von dem Ladeboden des Kofferraums gebildet wird. Hierbei ist der mindestens eine Körperschallwandler nicht an einer Abdeckung einer Komponente des Fahrzeugs befestigt, sondern an der Komponente selbst.
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Der Begriff „Anordnung eines Körperschallwandlers an einer Einkopplungsfläche“ bedeutet, dass dieser dort befestigt ist, insbesondere schallübertragend. Die Befestigung bildet eine mechanische Verbindung, über die sich Körperschall von dem Körperschallwandler an die betreffende Komponente (d. h. Komponente des Fahrzeugs selbst oder dessen Verkleidung) geleitet wird. Die mechanische Verbindung ist eine stoffschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung.
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Mindestens ein Körperschallwandler kann ferner an einer Einkopplungsfläche angeordnet sein, die von einer Sonnenblende, von einer inneren Verkleidung, einer Handschuhfachklappe, eines Spiegels oder einer Anzeigetafel gebildet wird. Als innere Verkleidung der Handschuhfachklappe wird diejenige bezeichnet, welche direkt an den freien Innenraum des Kraftfahrzeugs angrenzt. Es können somit auch Komponenten innerhalb des Fahrzeugs mit einem Körperschallwandler versehen werden, die nicht die Hülle des Innenraums oder des Kofferraums bilden, sondern die in den Innenraum hineinragen, wie etwa Innenspiegel oder Sonnenblenden.
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Die Einkopplungsfläche kann mit Versteifungen vorgesehen sein, die eingerichtet sind, akustische Kopplungseigenschaften der Einkopplungsfläche zu beeinflussen. Hierbei können etwa Verkleidungsteile mit zusätzlichen Verstärkungen vorgesehen werden, die zumindest einen Teil des Körperschalls übertragen, der von dem betreffenden Körperschallwandler abgegeben wird. Ferner dienen die Versteifungen jedoch dazu, die Übertragung von Biegewellen oder Körperschallwellen innerhalb der betreffenden Komponente oder Abdeckung akustisch wirksam zu ändern (gegenüber Verkleidungen oder Komponenten ohne Versteifungen). Als akustische Kopplungseigenschaften werden zum einen die Eigenschaften bezeichnet, die zur Übertragung des Körperschalls innerhalb der Komponente oder der Verkleidung relevant sind, und es werden ferner damit Eigenschaften bezeichnet, die zur Wandlung des Körperschalls innerhalb der Versteifung oder der Komponente in Luftschall relevant sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Komponente (d. h. Verkleidung oder Teil des Fahrzeugs), welche die Einkopplungsfläche bildet, akustisch von benachbarten Komponenten getrennt angeordnet ist. Hierzu können akustische Trennelemente verwendet werden, beispielsweise Schaumstoff, oder es kann die Halterung oder Lagerung der betreffenden Komponente schalldämpfend ausgestaltet werden.
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Das Audiosystem ist vorzugsweise eingerichtet, ein Audiosignal an mindestens einen Schallwandler abzugeben, dass sich über den gesamten hörbaren Bereich erstreckt. Das Audiosystem gibt daher vorzugsweise nicht nur einen Teil des Spektrums an die Körperschallwandler wieder, so dass die Körperschallwandler das gesamte hörbare Spektrum abdecken. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schallwandler nur Tiefen oder nur Mittenfrequenzen oder nur Höhen von dem Audiosystem erhalten, wobei vorzugsweise mehrere Schallwandler zusammen das gesamte Spektrum abbilden können und entsprechend mit Audiosignalen unterschiedlicher Spektralbereiche angesteuert werden. Beispielsweise kann einer von mehreren Schallwandlern mit einem Audiosignal versorgt werden, dass nur Tiefen oder nur Höhen eines Signals einer Audioquelle enthält.
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Als hörbares Spektrum werden Audiosignale mit einer unteren Grenzfrequenz von mindestens 10, 16 oder 20 Hz bezeichnet. Die Obergrenze kann 10, 12, 16, 20 oder 24 kHz betragen. Als Höhen können Audiosignale oberhalb einer Frequenz von mindestens 1, 2, 5 oder 8 kHz bezeichnet werden. Als Tiefen können Audiosignale mit einer maximalen Frequenz von nicht mehr als 50, 80 oder 120 Hz bezeichnet werden.
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Das Audiosystem kann mit mindestens einer Audioquelle ausgestattet sein, die eingerichtet ist, Warnhinweise, Assistenzhinweise, Funktionshinweise von Fahrzeugkomponenten, akustische Markierungssignale oder Hifi-Audiosignale abzugeben. Als Warnhinweise kommen insbesondere (ggf. synthetische) Geräusche eines Warnblinkers oder eines Abstandshaltesystems in Frage. Als Assistenzhinweise kommen insbesondere Hinweise eines Fahrerassistenzsystems in Frage, oder auch eines Navigationssystems. Als Funktionshinweise werden insbesondere (ggf. synthetische) Geräusche eines Fahrtrichtungsanzeigers bezeichnet. Akustische Markierungssignale sind Signale, die zur Änderung des Schalls verwendet werden, die von einer Fahrzeugkomponente abgegeben werden, beispielsweise Bremsen, Türen oder ähnliches. Die akustischen Markierungssignale sind eingerichtet, den akustischen Gesamteindruck zu ändern. Als Hifi-Audiosignale kommen Signale eines Entertainmentsystems, eines Infotainmentsystems, eines Autoradios oder eines Audio-Abspielgeräts in Frage.
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Weiterhin können Glasflächen oder auch Kleinteile, technische Einrichtungen und Accessoires für die Audioreproduktion genutzt werden, beispielsweise auch Sitze oder den Boden (d. h. Bodenabdeckungen oder der Fahrzeugboden selbst). Diese können ebenso mit mindestens einem Körperschallwandler versehen werden.
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Ein Körperschallwandler kann ein Massenelement, ein Akustik-Einkopplungselement und einen Längsaktuator aufweisen, der zwischen diesen Elementen angeordnet ist. Der Längsaktuator ist üblicherweise ein elektrodynamischer Aktuator, beispielsweise eine Tauchspule innerhalb eines Magneten oder allgemeiner eine Spule innerhalb eines Magnetfelds, vorzugsweise eines Permanentmagneten. Der Aktuator ist eingerichtet, seine Länge zu ändern. Wird dieser angesteuert, so wirkt sich die Längenänderung auf den Abstand zwischen dem Massenelement und dem Einkopplungselement geändert. Aufgrund der Trägheit des Massenelements wird die entstehende Bewegung im Wesentlichen über das Einkopplungselement abgegeben, insbesondere an einer Einkopplungsfläche, eine Komponente oder eine Verkleidung, an der der Wandler befestigt ist. Hierbei kontaktiert das Einkopplungselement direkt oder über kraft- bzw. bewegungsübertragende Zwischenstücke die Komponente oder Verkleidung.
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Ein Körperschallwandler kann ferner ein piezoelektrisches Element aufweisen. Dieses umfasst Elektroden, zwischen denen sich eine piezoelektrische Schicht befindet. Diese Schicht bzw. eine der Elektroden kann ein Akustik-Einkopplungselement bilden oder aufweisen, insbesondere in Form einer (biegefähigen) Platte, beispielsweise ein Blech. Der von dem Piezoelement erzeugte Körperschall wird über das Einkopplungselement in die Komponente eingeleitet, an der der Piezo-Körperschallwandler befestigt ist.
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Der Körperschallwandler kann piezoelektrisch oder elektrodynamisch ausgestaltet sein.
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Als Fahrzeugkomponente wird insbesondere ein Teil der Karosserie bezeichnet, insbesondere tragende oder schützende Elemente des Fahrzeugs.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit Körperschallwandlern 1, 1‘ und 1‘‘, die an unterschiedlichen Komponenten und Orten angeordnet sind. Eine A-Säule 2 bzw. dessen Verkleidung ist mit einem Schallwandler 1 versehen. Ferner ist eine Tür 3 oder dessen Verkleidung mit einem Schallwandler versehen. Dies gilt insbesondere für vordere und hintere Türen. Ein Dachhimmel 4 ist ebenso mit einem Körperschallwandler versehen. Zudem kann ein Ladeboden 5 (des Kofferraums) mit einem Schallwandler 1 versehen werden.
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Schließlich ist eine Stirnwand 6 dargestellt, welche den (vorderen) Motorraum von dem Innenraum des Fahrzeugs trennt. An der Stirnwand sind mehrere Körperschallwandler 1, 1‘ und 1‘‘ befestigt. Dies dient zur Illustration, dass eine Komponente, in diesem Fall die Stirnwand 6, mit einem oder mit mehreren Schallwandlern 1, 1‘ und 1‘‘ versehen werden kann. Die Körperschallwandler 1, 1‘ und 1‘‘ sind an verschiedenen Positionen an der Stirnwand angeordnet. Allgemein soll dadurch dargestellt werden, dass die Komponenten des Fahrzeugs oder deren Verkleidungen an verschiedenen Orten Körperschallwandlern aufweisen können. Körperschallwandler können daher an mehreren Positionen ein und derselben Komponente bzw. deren Verkleidung angebracht werden.
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Als Stirnwand kann allgemein der Abschluss der vorderen Stirnseite des Kraftfahrzeuginnenraums bezeichnet werden, oder auch ein Abschluss des Innenraums an der Heckseite des Fahrzeuginnenraums. Die Stirnwand kann damit zwischen Fahrzeuginnenraum und Motorraum bzw. zwischen Fahrzeuginnenraum und Kofferraum vorgesehen sein. Die Stirnwand ist in nahezu allen Kraftfahrzeugen vorhanden und wird erfindungsgemäß mit mindestens einem Körperschallwandler versehen. Die Stirnwand wird auch als Spritzwand bezeichnet. Die Stirnwand befindet sich insbesondere hinter dem Armaturenbrett bzw. hinter der Mittelkonsole (vom freien Fahrzeuginnenraum aus gesehen).
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Ferner umfasst das Fahrzeug 10 einen Audioverstärker 20 mit mehreren Ausgängen 22. Der Audioverstärker 20 befindet sich üblicherweise innerhalb des Fahrzeugs bzw. des Innenraums. Die Darstellung der 1 ist diesbezüglich der besseren Übersicht wegen rein schematisch und dient nur der Darstellung der Verbindungen und der Verknüpfungen der Elemente mit den Bezugszeichen 1, 1‘, 1‘‘, und 20–32.
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Die Ausgänge 22 sind unterschiedlichen Audio-Raumorientierungen zugeordnet beispielsweise vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts, wobei auch zumindest ein Ausgang keiner Raumorientierung zugeordnet sein kann (etwa ein Bass-Ausgang). Über die Ausgänge 22 gibt der Audioverstärker 20 mindestens ein Audiosignal 24 an die Schallwandler ab. Zur besseren Übersicht sind die einzelnen Verbindungen bzw. Audiosignale für die einzelnen Wandler 1, 1‘ und 1‘‘ nicht dargestellt, sondern durch das als Pfeil dargestellte Audiosignal 24 schematisch wiedergegeben.
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Der Audioverstärker wird von mindestens einer Audioquelle 30, 32 angesteuert. Eine Audioquelle hiervon kann ein Infotainment-System 30 sein, während eine weitere Audioquelle 32 beispielsweise von einer Steuerung gebildet wird, die Warn- oder Assistenzhinweise als Audiosignal abgibt. Auch Funktionshinweise wie Alarme o. ä., die den Betriebszustand von Fahrzeugkomponenten wiedergeben, können von einer Audioquelle 32 abgegeben werden. Als ein Beispiel für eine Audioquelle 32 sei eine Steuerungseinrichtung genannt, die ein Audiosignal abgibt, welches den Betrieb eines Fahrtrichtungsanzeigers kennzeichnet. Weitere Warnhinweise können beispielsweise ein Warnhinweis eines Abstandsregelungssystems sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1‘, 1‘‘
- Körperschallwandler
- 2
- Säule
- 3
- Türen
- 4
- Dachhimmel
- 5
- Ladeboden
- 6
- Stirnwand
- 7
- Versteifungen in dem Ladeboden
- 10
- Kraftfahrzeug
- 20
- Audioverstärker
- 22
- Ausgänge des Audioverstärkers
- 24
- Audiosignal
- 30, 32
- Audioquellen
