DE102019105272A1

DE102019105272A1 - Leistungsversorgung für einen Aktivlautsprecher, Aktivlautsprecher und Verfahren zur Versorgung eines Aktivlautsprechers mit Leistung

Info

Publication number: DE102019105272A1
Application number: DE102019105272.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Bothe
Original assignee: D&B Audiotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: D&B Audiotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Eine Leistungsversorgungsschaltung für einen Aktivlautsprecher weist eine PoE (Power over Ethernet) Leistungsversorgung auf, welche eine PoE Leistung für einen Leistungsverstärker des Aktivlautsprechers bereitstellt. Ferner enthält die Leistungsversorgungsschaltung eine AC Netzteil-Leistungsversorgung, die ausgelegt ist, dem Leistungsverstärker eine höhere Leistung als die PoE Leistung bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsversorgung für einen Aktivlautsprecher, einen Aktivlautsprecher sowie ein Verfahren zur Versorgung eines Aktivlautsprechers mit Leistung.
In Aktivlautsprechern, oft auch als Self-Powered-Lautsprecher bezeichnet, ist der Leistungsverstärker für das Audiosignal innerhalb der Lautsprecherbox untergebracht. Aktivlautsprecher verfügen in der Regel über einen AC (Wechselstrom) Netzeingang, an dem üblich verfügbare Netzspannungen (beispielsweise 100 - 240 VAC) angelegt werden. Die Leistung für den Audio-Leistungsverstärker wird von einer in dem Lautsprechergehäuse vorhandenen AC Netzteil-Leistungsversorgung bereitstellt, die über den AC Netzeingang gespeist wird.
Ferner ist es bereits bekannt, Geräte, die an eine Datenleitung angeschlossen sind, über die Datenleitung mit Betriebsstrom zu versorgen. Derartige Systeme sind seit einigen Jahren unter der Bezeichnung Power over Ethernet (PoE) auf dem Markt. PoE ermöglicht den kompletten Wegfall einer Verkabelung für die Stromversorgung, wodurch die Installationskosten deutlich gesenkt werden können. Bei transportablen Systemen wird die Aufstellungsvariabilität erhöht und es können Geräte auch an schwer zugänglichen Stellen oder Bereichen, in denen Stromversorgungskabel schwierig zu verlegen sind, einfach installiert werden. Allerdings ist die über PoE übertragbare Leistung begrenzt, so dass PoE nur für Endgeräte genutzt werden kann, die relativ wenig Leistung benötigen.
Weiterhin sind Ethernet-basierte Audionetzwerke bekannt, mit welchen das Audiosignal und Steuersignale in Datenleitungen zu den Lautsprecherboxen übertragen werden können.
Ein Ethernet-basiertes Audionetzwerk in Kombination mit PoE ermöglicht es somit, kleine, relativ leistungsschwache Aktivlautsprecher, die mit der verfügbaren PoE Leistung auskommen, über nur ein Kabel (die Ethernet-Datenleitung) zu betreiben.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, eine Leistungsversorgungsschaltung für einen Aktivlautsprecher zu schaffen, die eine vielseitige Verwendung des Aktivlautsprechers in unterschiedlichen Netz- und Versorgungsleitungskonfigurationen ermöglicht. Insbesondere soll die Leistungsversorgungsschaltung den Aktivlautsprecher in die Lage versetzten, im Betrieb mehr Leistung abzugeben als über PoE geliefert werden kann. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, einen leistungsstarken Aktivlautsprecher sowie ein Verfahren zur Versorgung eines solchen Aktivlautsprechers mit Leistung anzugeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach kann eine Ausführungsform einer Leistungsversorgungsschaltung für einen Aktivlautsprecher eine PoE (Power over Ethernet) Leistungsversorgung aufweisen, welche eine PoE Leistung für einen Leistungsverstärker des Aktivlautsprechers bereitstellt. Ferner umfasst die Leistungsversorgungsschaltung eine AC Netzteil-Leistungsversorgung, die ausgelegt ist, dem Leistungsverstärker eine höhere Leistung als die PoE Leistung bereitzustellen.
Die Erfindung beruht zunächst auf dem Gedanken, dass der Aktivlautsprecher in Anwendungen, für die PoE ausreichend Leistung liefern kann, z.B. bei niedrigen Pegelanforderungen oder reiner Sprachwiedergabe, mit einem einzigen Kabel versorgt werden kann, das die Versorgung mit Leistung, Steuerdaten und Audiosignal übernimmt. Der gleiche Aktivlautsprecher kann bei höherem Pegelbedarf mit dem zusätzlichen Netzanschluss mit mehr Leistung versorgt werden.
In der Praxis wird dies in der Regel bedeuten, dass in Betriebssituationen, in welchen mit einem höheren Leistungsbedarf gerechnet werden muss, zusätzlich lediglich ein Netzkabel für die AC Netzteil-Leistungsversorgung angeschlossen werden muss.
Weiterhin ist ein Betrieb mit redundanter Stromversorgung möglich. Beim Ausfall einer der beiden Leistungsversorgungen (PoE oder Netz) übernimmt die andere und gewährleistet somit eine unterbrechungsfreie Wiedergabe des Audiosignals.
Vorzugsweise weist die Leistungsversorgungsschaltung ferner einen DC (Gleichstrom) Leistungsversorgungsausgang auf, der zum Anschluss an einen Leistungsversorgungseingang des Leistungsverstärkers des Aktivlautsprechers vorgesehen ist. Der DC Leistungsversorgungsausgang kann gleichzeitig mit einem Ausgang der PoE Leistungsversorgung und mit einem Ausgang der AC Netzteil-Leistungsversorgung verbunden sein. Dies ermöglicht die alternative Leistungsversorgung über das AC Netzteil oder PoE.
Für eine temporäre Leistungserhöhung im PoE Betrieb (d.h. für Spitzenleistungen) können ferner ein Speicherkondensator und/oder ein Akkumulator mit dem DC Leistungsversorgungsausgang verbunden sein.
Die PoE Leistungsversorgung kann ausgelegt sein, ein erstes Statussignal bereitzustellen, welches die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung mitteilt. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Leistungsversorgungsschaltung für unterschiedliche PoE Standards (bzw. unterschiedliche PoE Klassen) ausgelegt wird. Beispielsweise kann ein Audiosignalprozessor - sofern die AC Netzteil-Leistungsversorgung nicht verfügbar ist - eine Begrenzung der Ausgangsleistung entsprechend der maximal möglichen Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung vornehmen, um eine Überlastung der PoE Leistungsversorgung zu vermeiden.
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung kann ausgelegt sein, ein zweites Statussignal bereitzustellen, welches den Verfügbarkeitszustand der AC Netzteil-Leistungsversorgung mitteilt. Auf diese Weise kann z.B. ein Audiosignalprozessor erfahren, ob die AC Netzteil-Leistungsversorgung verfügbar und somit ein Betrieb mit erhöhter Ausgangsleistung möglich ist.
Weiterhin kann eine Überwachung des DC Leistungsversorgungsausgangs der Leistungsversorgungsschaltung erfolgen. Ein Rückgang der DC Spannung dort signalisiert, dass der Leistungsverstärker mehr Energie aufnimmt als die Leistungsversorgungsschaltung (insbesondere die PoE Leistungsversorgung) liefern kann. Auch hier kann ein Audiosignalprozessor eine Begrenzung der Ausgangsleistung vornehmen, um eine Überlastung der Leistungsversorgungsschaltung zu verhindern.
Ein Aktivlautsprecher kann eine Leistungsversorgungsschaltung gemäß der obigen Beschreibung aufweisen. Ferner können im Aktivlautsprecher der Leistungsverstärker und (zumindest) ein Lautsprecher mit einem Eingang, welcher mit einem Verstärkerausgang des Leistungsverstärkers verbunden ist, vorgesehen sein. Ein solcher PoE Aktivlautsprecher kann bei Bedarf mit erhöhter Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung betrieben werden. Ferner sind - wie oben anhand von Beispielen beschrieben - ein Betrieb mit redundanter Leistungsversorgung und/oder eine Signalisierung (z.B. Anzeige) eines erhöhten Leistungsbedarfs und/oder eine Begrenzung der maximalen Ausgangsleitung in Abhängigkeit vom PoE Typ und der Verfügbarkeit der AC Netzteil-Leistung möglich.
Der Aktivlautsprecher kann einen Audiosignalprozessor und einen (Ethernet-)Datenleitungsanschluss für ein Audionetzwerk enthalten, wobei der Datenleitungsanschluss mit der PoE Leistungsversorgung und mit dem Audiosignalprozessor verbunden ist. Auf diese Weise kann der Aktivlautsprecher mit zwei Leitungsanschlüssen verbunden sein, nämlich der (Ethernet-) Datenleitung und einem (in manchen Betriebssituationen nicht benötigten) AC Netzanschluss für die AC Netzteil-Leistungsversorgung.
Der Aktivlautsprecher kann ferner einen analogen Audiosignaleingang aufweisen, wobei Audiosignale von dem analogen Audiosignaleingang dem Audiosignalprozessor zugeleitet werden, sofern am Datenleitungsanschluss kein Audionetzwerk verfügbar ist. Durch den analogen Audiosignaleingang wird der Aktivlautsprecher noch vielseitiger einsetzbar, da er nun auch ohne Audionetzwerk betrieben werden kann.
Bei dem Aktivlautsprecher kann es sich insbesondere um eine Tiefton-Schallquelle (Subwoofer) handeln. Denn die Erfindung ermöglicht es, auch leistungsstarke Aktivlautsprechersysteme, wie beispielsweise Subwoofer, als PoE Endgeräte (sogenannte PDs: Powered Devices) auszulegen.
Ein Verfahren zur Versorgung eines Aktivlautsprechers mit Leistung kann nach einem Ausführungsbeispiel das Bereitstellen einer PoE Leistung für einen Leistungsverstärker des Aktivlautsprechers umfassen. Alternativ wird Leistung von einer AC Netzteil-Leistungsversorgung für den Leistungsverstärker bereitgestellt, die höher als die maximale PoE Leistung sein kann.
Das Verfahren kann vorsehen, dass bei einem Ausfall entweder der PoE Leistung oder der Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung die nicht ausgefallene Leistung dem Leistungsverstärker unterbrechungsfrei bereitgestellt wird.
Das Verfahren kann ferner ein Erzeugen eines AC-Bedarfssignals umfassen, welches den Bedarf der höheren Leistung als die PoE Leistung anzeigt. Erhöht sich der (mittlere) Leistungsbedarf des Aktivlautsprechers (beispielsweise weil er nunmehr in einer Situation betrieben wird, in welcher ein höherer Schalldruck benötigt wird), kann sich ergeben, dass die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung den (mittleren) Leistungsbedarf des Aktivlautsprechers nicht decken kann. In diesem Fall kann der erhöhte Leistungsbedarf angezeigt werden und der Anwender zum Anschluss einer Netzzuleitung aufgefordert werden.
Das Verfahren kann eine Überlastung der Leistungsversorgung verhindern. Abhängig von den Statussignalen der PoE und der AC-Netzversorgung und/oder der DC Versorgungsspannung am Leistungsversorgungsausgang kann der Wiedergabepegel und somit die Leistungsaufnahme des Leistungsverstärkers automatisch begrenzt werden.
Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder einander ähnliche Teile.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer beispielhaften Leistungsversorgungsschaltung für einen Aktivlautsprecher.
2 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild eines Aktivlautsprechers, der eine Leistungsversorgungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält.
3A veranschaulicht einen konventionellen PoE Betrieb mehrerer an ein Audionetzwerk angeschlossener Aktivlautsprecher.
3B veranschaulicht einen konventionellen AC Netzbetrieb mehrerer an ein Audionetzwerk ohne PoE Funktionalität angeschlossener Aktivlautsprecher.
3C veranschaulicht in beispielhafter Weise einen kombinierten PoE- und AC Netzbetrieb mehrerer an ein Audionetzwerk angeschlossener Aktivlautsprecher.

PoE ist eine Netzwerkfunktion, die derzeit in den IEEE- (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Standards 802.3af (auch als PoE bezeichnet), 802.3at (auch als PoE+ bezeichnet) und 802.3bt (auch als PoE++/4PPoE bezeichnet) definiert ist. Bei PoE versorgen Netzwerkkabel (z.B. Ethernetverkabelungen Catx, beispielsweise Cat3, Cat5, Cat5e, Cat6, ...) netzwerkfähige Geräte (sogenannte PDs - Powered Devices) über eine bestehende Datenverbindung mit Strom. Je nach PoE Standard können unterschiedlich hohe Leistungen (z.B. 70 bis 100 Watt beim Standard IEEE 802.3bt) von den PSE- (Power Sourcing Equipment) Geräten zur Verfügung gestellt werden. Sämtliche Übertragungen von Versorgungsleistung über Datenleitungen und insbesondere sämtliche oben genannten IEEE 802 Standards und Folgestandards werden hier allgemein unter dem Begriff PoE zusammengefasst.
Gemäß 1 weist ein Ausführungsbeispiel einer Leistungsversorgungsschaltung 100 eines Aktivlautsprechers eine PoE Leistungsversorgung 110 und eine AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 auf. Die Leistungsversorgungsschaltung 100 befindet sich am Ort des Aktivlautsprechers, d.h. üblicherweise innerhalb eines Gehäuses 150 des Aktivlautsprechers.
Die PoE Leistungsversorgung 110 kann einen Eingang 112 aufweisen, der mit einer Datenleitung 152 eines PoE Netzwerkes verbunden ist. Die PoE Leistungsversorgung 110 weist ferner einen Ausgang 114 auf, welcher eine PoE Leistung für einen Leistungsverstärker (in 1 nicht dargestellt) des Aktivlautsprechers bereitstellt.
Bei dem PoE Netzwerk kann es sich um ein Audionetzwerk handeln. In Audionetzwerken werden neben Steuersignalen auch die Audiosignale in digitaler Form über das (Audio)Netzwerk dem Aktivlautsprecher zugeführt. Bekannte Beispiele für Audionetzwerke sind unter anderem Dante®, CobraNet® oder EtherSound®, darüber hinaus sind weitere proprietäre oder lizenzfreie Audionetzwerke bekannt.
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 steht an einem Eingang 172 mit einem Netzanschluss 154 eines Versorgungsnetzes in Verbindung. Über einen Ausgang 174 liefert die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 alternativ zu der (am Ausgang 114 bereitgestellten) PoE Leistung die Versorgung des Leistungsverstärkers.
Gemäß einer Variante der Leistungsversorgungsschaltung 100 kann vorgesehen sein, dass die PoE Leistung von der PoE Leistungsversorgung 110 und die weitere Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 innerhalb der Leistungsversorgungsschaltung 100 zusammengeführt werden. Die Leistungsversorgungsschaltung 100 kann dann einen gemeinsamen Leistungsversorgungsausgang 116 aufweisen, der den Leistungsverstärker (in 1 nicht dargestellt) des Aktivlautsprechers mit Leistung versorgt. Der gemeinsame Leistungsversorgungsausgang 116 der Leistungsversorgungschaltung 100 kann dabei gleichzeitig mit dem Ausgang 114 der PoE Leistungsversorgung 110 und dem Ausgang 174 der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 verbunden sein.
Die PoE Leistungsversorgung 110 kann ein erstes Statussignal (PoE Status) ausgeben, welches eine für die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung 110 charakteristische Größe mitteilt (z.B. die maximale Ausgangsleistung oder den PoE Typ usw.).
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 kann ein zweites Statussignal (AC Status) ausgeben, das mitteilt, ob die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 verfügbar ist. Dies kann beispielsweise durch Einstecken eines Netzsteckers des Netzanschlusses 154 in eine Steckdose bewerkstelligt werden.
Das erste Statussignal und/oder das zweite Statussignal können einer Auswerteschaltung 120 zugeleitet werden, welche ein Leistungsverfügbarkeitssignal erzeugt. Dieses kann zur Begrenzung der Wiedergabelautstärke und damit zur Begrenzung des Leistungsbedarfs des Leistungsverstärkers genutzt werden. Das Leistungsverfügbarkeitssignal kann z.B. bei - gemäß erstem Statussignal - verfügbarer AC Netzteil-Leistungsversorgung unabhängig vom zweiten Statussignal eine volle Leistungsverfügbarkeit signalisieren (dann ist z.B. keine Begrenzung der Wiedergabelautstärke erforderlich). Bei - gemäß erstem Statussignal - nicht verfügbarer AC Netzteil-Leistungsversorgung kann das Leistungsverfügbarkeitssignal eine verfügbare Leistung in Abhängigkeit vom zweiten Statussignal, also z.B. entsprechend dem PoE Typ, signalisieren (dann ist z.B. eine Begrenzung der Wiedergabelautstärke entsprechend dem PoE Typ möglich). Das Leistungsverfügbarkeitssignal kann also beispielsweise eine einfache Kombination des ersten und zweiten Statussignals sein oder es kann auf einer Auswertung einer oder beider Statussignale beruhen.
Die Leistungsversorgungsschaltung 100 oder ein Teil der in 1 dargestellten Leistungsversorgungsschaltung 100 (z.B. die PoE Leistungsversorgung 110 und gegebenenfalls die (optionale) Auswerteschaltung 120) kann als ein IC (integrierter Schaltkreis) realisiert sein.
2 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild eines Aktivlautsprechers 200, der eine Leistungsversorgungsschaltung 100 enthält. Zu 2 beschriebene Merkmale können einzeln oder in Kombination in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht sein, genauso sind Merkmale des Ausführungsbeispiels der 1 auf das Ausführungsbeispiel in 2 übertragbar.
Die Leistungsversorgungsschaltung 100 der 2 kann einen Audiosignalprozessor 250 enthalten, der beispielsweise als DSP (digitaler Signalprozessor) ausgeführt sein kann. Der Audiosignalprozessor 250 kann gegebenenfalls die Auswerteschaltung 120 enthalten. Es ist jedoch auch möglich, dass die Auswerteschaltung 120, sofern vorhanden, in einer anderen Einheit, beispielsweise einem Mikrocontroller (nicht dargestellt), untergebracht ist.
Der Audiosignalprozessor 250 stellt an einem Ausgang 252 ein Audiosignal für einen Leistungsverstärker 220 bereit, der ein leistungsverstärktes analoges Audiosignal für eine Schallquelle (Lautsprecher 210) erzeugt. Über einen Eingang 251 steht der Audiosignalprozessor 250 mit dem Netzwerk, d.h. mit der Datenleitung 152 in Verbindung. Über den Eingang 251 können Funktionen des Audiosignalprozessors 250, beispielsweise ein/aus, lauter/leiser, mute und/oder Rückmeldungen, wie beispielsweise Fehlermeldungen (Lautsprecher defekt), übertragen werden. Ferner können über den Eingang 251 Konfigurationssignale wie beispielsweise Filterkoeffizienten, Zeitverzögerungen (Delays), etc. vom Netzwerk an den Audiosignalprozessor 250 geleitet werden.
Darüber hinaus kann, sofern es sich bei dem Netzwerk um ein Audionetzwerk handelt, in der bereits beschriebenen Weise über den Eingang 251 auch das Audiosignal in digitaler Form an den Audiosignalprozessor 250 übertragen werden.
Die PoE Leistungsversorgung 110 der Leistungsversorgungsschaltung 100 kann beispielsweise in Form einer PoE SMPS (Switched-Mode Power Supply) ausgeführt sein. Die PoE SMPS stellt an einem Ausgang eine DC Ausgangsspannung zur Verfügung. Bei der PoE SMPS kann es sich beispielsweise um einen DC-DC-Wandler handeln, welcher die über die Datenleitung 152 erhaltene DC Spannung in eine andere, für den Leistungsverstärker 220 geeignete DC Spannung wandelt.
Die PoE Leistungsversorgung 110 kann wie bereits in 1 dargestellt das erste Statussignal (PoE Status) ausgeben, das an den Audiosignalprozessor 250 (bzw. die Auswerteschaltung 120) geleitet wird.
Die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung 110 ist abhängig von der maximalen Leistung, die von dem PoE Netzwerk zur Verfügung gestellt wird. Die aus dem PoE Netzwerk verfügbare Leistung kann von der PoE Leistungsversorgung 110 ermittelt werden, z.B. durch Signalisierung aus dem PoE Netzwerk oder Messung. Sie entspricht beispielsweise derjenigen maximalen Leistung, die dem PoE Typ des verwendeten PoE Netzwerks zugeordnet ist.
Beispielsweise kann die PoE Leistungsversorgung 110 eine Erkennung des Typs des angeschlossenen PoE Netzwerks durchführen. Dem PoE Typ 1 ist eine maximale Portleistung von 15,4 W (am PD - d.h. am Aktivlautsprecher 200 - sind mindestens 12,95 W verfügbar) zugeordnet, dem PoE Typ 2 ist eine maximale Portleistung von 30 W (am PD sind mindestens 25,5 W verfügbar) zugeordnet, dem PoE Typ 3 ist eine maximale Portleistung von 60 W (am PD sind mindestens 51 W verfügbar) zugeordnet und dem PoE Typ 4 ist eine maximale Portleistung von 100 W (am PD sind mindestens 71 W verfügbar) zugeordnet.
Beispielsweise kann das erste Statussignal (PoE Status) den PoE Typ des PoE Netzwerkes oder die maximale Portleistung oder die maximal am PD verfügbare Leistung dem Audiosignalprozessor 250 (bzw. der Auswerteschaltung 120) mitteilen.
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 kann beispielsweise in Form einer AC SMPS (Switched-Mode Power Supply) ausgeführt sein. Die AC SMPS stellt an einem Ausgang eine DC Ausgangsspannung zur Verfügung. Bei der AC SMPS kann es sich beispielsweise um einen AC-DC-Wandler handeln, welcher die über den Netzanschluss 154 erhaltene AC Spannung in eine andere, für den Leistungsverstärker 220 geeignete DC Spannung (insbesondere in dieselbe Spannung, die die PoE SMPS erzeugt) wandelt.
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 kann wie bereits in 1 dargestellt das zweite Statussignal (AC Status) ausgeben, das an den Audiosignalprozessor 250 (bzw. die Auswerteschaltung 120) geleitet wird. Das zweite Statussignal teilt dem Audiosignalprozessor 250 (bzw. der Auswerteschaltung 120) mit, ob die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 verfügbar ist.
Der Ausgang der PoE Leistungsversorgung 110 (beispielsweise PoE SMPS) und der Ausgang der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 (beispielsweise AC SMPS) können an einem Versorgungsleistungsknoten 260 zusammengeführt sein. Zwischen den Leistungsversorgungen 110, 170 und dem Versorgungsleistungsknoten 260 können jeweils eine Diode 262 bzw. 264 vorgesehen sein, um Ströme in Gegenrichtung zu vermeiden.
Der Versorgungsleistungsknoten 260 führt dem Leistungsverstärker 220 über den gemeinsame Leistungsversorgungsausgang 116 und eine Versorgungsleitung 222 die DC Versorgungsleistung zu. Ein mit der Versorgungsleitung 222 verbundener DC-DC-Wandler 270 kann beispielsweise die Stromversorgung für den Audiosignalprozessor 250 (bzw. den Mikrocontroller) darstellen.
Ferner kann eine Überwachungsschaltung 280 für die Spannung am Versorgungsleistungsknoten 260 (d.h. am gemeinsamen Leistungsversorgungsausgang 116) vorgesehen sein. Diese Überwachungsschaltung 280 erkennt an einem Rückgang der DC Spannung, dass der Leistungsverstärker 220 mehr Energie aufnimmt als die Leistungsversorgungsschaltung 100 liefern kann. In Reaktion auf ein Überwachungssignal 282 der Überwachungsschaltung 280 kann der Audiosignalprozessor 250 eine Begrenzung der Ausgangsleistung vornehmen, um eine Überlastung der Leistungsversorgung zu vermeiden. Das Überwachungssignal 282 kann beispielsweise auf der gemessenen DC Spannung basieren.
Die Überwachungsschaltung 280 kann in der Leistungsversorgungsschaltung 100 oder beispielsweise auch im Audiosignalprozessor 250 enthalten sein. Es ist auch möglich, dass die Überwachungsschaltung 280 in einer anderen Einheit, beispielsweise einem Mikrocontroller (nicht dargestellt), untergebracht ist und/oder beispielsweise mit der Auswerteschaltung 120 zusammengefasst ist (in diesem Fall würde das Leistungsverfügbarkeitssignal in Abhängigkeit von einem oder mehreren Status-Signalen (PoE Status, AC Status) und/oder der gemessenen DC Spannung erzeugt werden).
Zur temporären Erhöhung der Versorgungsleistung kann optional ein Energiespeicher 230 (beispielsweise ein Kondensator und/oder ein Akkumulator) vorgesehen sein, welcher für kurzzeitige Spitzenleistungen, die um ein Vielfaches höher als die von dem Versorgungsleistungsknoten 260 bereitgestellte Dauerleistung sein können, Energie bereitstellt. Beispielsweise können bei einem reinen PoE Betrieb mittels des Energiespeichers 230 kurzzeitige Spitzenleistungen von mehreren 100 W, beispielsweise 500 W, erreicht werden. Die Dimensionierung des Energiespeichers kann gemäß der benötigten Dynamik des zu übertragenden Signals erfolgen.
Das Leitungsverfügbarkeitssignal (siehe 1) kann im Audiosignalprozessor 250 (oder Mikrocontroller) basierend auf den ersten und zweiten Statussignalen oder der am Versorgungsleistungsknoten 260 verfügbaren DC Spannung (siehe 2, in 1 nicht dargestellt) berechnet werden und z.B. den Pegel des Audiosignals vor dem Leistungsverstärker 220 begrenzen, um dadurch den Wiedergabepegel und somit die Leistungsaufnahme des Leistungsverstärkers 220 (automatisch) zu begrenzen, sofern die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 nicht verfügbar ist oder die DC Spannung am Versorgungsleistungsknoten 260 zurückgeht.
Es ist möglich, dass die Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 durch eine manuelle Aktivierung der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 (beispielsweise durch Einstecken des Netzsteckers und/oder Betätigen eines Schalters) zugeschaltet wird.
Beispielsweise kann der Betreiber über eine von dem Audiosignalprozessor 250 (bzw. dem Mikrocontroller) ausgegebene Meldung darüber informiert werden, dass ein Zuschalten der Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 zu der PoE Leistung von der PoE Leistungsversorgung 110 erforderlich ist. Die Meldung kann beispielsweise in Form einer Leistungsbedarfssignalisierung an der Lautsprecherbox (z.B. Leistungsbedarfsleuchte am Lautsprechergehäuse 150) oder einer Rückmeldung über das Netzwerk erfolgen.
Hierfür kann der Audiosignalprozessor 250 (oder der Mikrocontroller) eine AC-Bedarfssignal-Erzeugungsschaltung (nicht dargestellt) enthalten, die ausgelegt ist, die Meldung (z.B. in Form eines AC-Bedarfssignals) zu erzeugen, welche den Bedarf einer höheren Leistung als die PoE Leistung anzeigt. Hierzu kann der Audiosignalprozessor 250 (oder Mikrocontroller) beispielsweise einen Vergleich durchführen zwischen einer Größe, die mit der aktuellen mittleren Leitungsaufnahme des Leistungsverstärkers 220 korreliert (beispielsweise der Pegel des Audiosignals vor dem Leistungsverstärker oder der Strom, die Spannung, das Produkt aus Strom und Spannung in der Versorgungsleitung 222) und dem ersten Statussignal, welches die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung 110 mitteilt. Sofern die aktuelle mittlere Leistungsaufnahme des Leistungsverstärkers 220 der maximal möglichen Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung 110 nahekommt oder diese erreicht, kann die Meldung (bzw. das AC-Bedarfssignal) erzeugt werden.
Eine manuelle Aktivierung der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 kann vom Benutzer auch vorgenommen werden, wenn er - auch ohne Leistungsbedarfsauswertung und/oder Meldung des Leistungsbedarfs - generell davon ausgehen kann, dass ein Leistungsbedarf des Aktivlautsprechers 200 vorliegt, der über die PoE Leistung hinausgeht.
Die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 kann als alternative Leistungsversorgung genutzt werden, wenn gerade kein Switch mit PoE oder nicht ausreichend viele PoE Ports am Switch zur Verfügung stehen. In diesem Fall kann das Audionetzwerk verwendet werden, jedoch erfolgt die Leistungsversorgung - mangels PoE - allein über die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170.
Optional kann der Aktivlautsprecher 200 einen analogen Audioeingang 212 aufweisen. Der analoge Audioeingang 212 ist mit dem Audiosignalprozessor 250 verbunden. Über den analogen Audioeingang 212 ist es möglich, den Aktivlautsprecher 200 in herkömmlicher Weise über ein analoges Audiosignal zu betreiben.
In diesem Fall kann der Aktivlautsprecher 200 optional auch ganz ohne Netzwerk (d.h. ohne Datennetzwerk oder ohne Audionetzwerk) und somit auch ohne PoE betrieben werden. In diesem Fall ist die PoE Leistungsversorgung 110 inaktiv, eine Datenleitung 152 ist nicht vorhanden. Der Aktivlautsprecher 200 wird allein über die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 mit Leistung versorgt.
Bei dem Aktivlautsprecher 200 kann es sich um einen leistungsstarken Aktivlautsprecher handeln. Beispielsweise kann der Aktivlautsprecher 200 ein sogenanntes Fullrange-Lautsprechersystem mit mindestens einer Hochton-und/oder Mitteltonschallquelle und mindestens einer Tiefton-Schallquelle realisieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass es sich um einen Tieftonlautsprecher (sogenannter Subwoofer) handelt, welcher lediglich im Tieftonbereich abstrahlt. In diesem Fall ist der Lautsprecher 210 ein Tieftonlautsprecher.
3A veranschaulicht einen konventionellen PoE Betrieb mehrerer Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4, die über einen PoE Switch 330 an ein PoE Audionetzwerk angeschlossen sind. Das PoE Audionetzwerk umfasst einen Steuerrechner 310 und ein optionales Mischpult 320.
Der Steuerrechner 310 wird mit einer Steuersoftware betrieben, welche Steuersignale für die Aktivlautsprecher erzeugt, um beispielsweise die Lautstärke der einzelnen Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4 zu regeln und/oder Laufzeitverzögerungen für die einzelnen Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4 einzustellen oder Parameter des Audiosignalprozessors 250, wie beispielsweise Filterkoeffizienten usw. einzustellen. Auch eine Zustandsüberwachung des Aktivlautsprechers kann dort erfolgen.
Das Mischpult 320 versorgt die Aktivlautsprecher über das Audionetzwerk mit Audiosignalen. Beispielsweise kann das Mischpult 320 im Zuhörerbereich aufgestellt sein und von einem Tontechniker betrieben werden, der den von der Bühne kommenden Sound für die Zuhörer aufbereitet, sodass eine für das Publikum optimierte Beschallungsumgebung entsteht.
3B veranschaulicht einen konventionellen AC Netzbetrieb mehrerer an ein Audionetzwerk angeschlossener Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4. Diese Situation tritt auf, wenn ein nicht PoE fähiger Switch 330 vorhanden ist und/oder ein höherer Leistungsbedarf (Schalldruckpegel) benötigt wird, welcher über das PoE Audionetzwerk nicht realisierbar wäre. Die Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4 werden in diesem Fall allein über das AC Versorgungsnetz (z.B. Steckdosen 340) betrieben.
3C veranschaulicht in beispielhafter Weise einen kombinierten PoE und AC Netzbetrieb der mehreren Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4, 200_5, 200_6. Beispielsweise werden zwei Aktivlautsprecher 200_5, 200_6 in der oben beschriebenen Weise kombiniert über PoE Netzwerk und AC-Versorgungsnetz mit Leistung versorgt, wobei je nach Leistungsbedarf eine Zuschaltung der AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 vorgenommen werden kann. Die Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4 werden beispielsweise allein über das PoE Audionetzwerk mit Leistung versorgt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel können somit sämtliche Aktivlautsprecher 200_1, 200_2, 200_3, 200_4, 200_5, 200_6 am Audionetzwerk betrieben werden, wobei diejenigen, die eine höheren Leistungsbedarf haben (hier die Aktivlautsprecher 200_5, 200_6) ihre Leistung über die AC Netzteil-Leistungsversorgung 170 erhalten, die übrigen Aktivlautsprecher werden über PoE versorgt. Außerdem kann das in 3C gezeigte Netzwerkbeispiel vorteilhaft sein, wenn nicht ausreichend viele PoE Ports am PoE Switch 330 für alle Aktivlautsprecher vorhanden sind.
Beispielsweise können folgende Betriebssituationen auftreten:

1) Alle Aktivlautsprecher sind am PoE-Switch angeschlossen, alles (Audiosignal, Steuerung, Versorgungsleistung) wird über die Datenleitung (das CATx Kabel) geschickt.
2) Höhere Leistungsbedarf: Die AC Netzleitung wird eingesteckt. Audiosignal und Steuerung werden weiterhin über Netzwerk bezogen, ob das dann PoE hat oder nicht ist unerheblich. Die Versorgungsleistung wird von der AC Netzteil-Leistungsversorgung bezogen.
3) Kombiniertes System: Alle Aktivlautsprecher sind am PoE-Switch angeschlossen, diejenigen, die einen höheren Leistungsbedarf haben (z.B. Subwoofer) bekommen zusätzlich den Netzanschluss (diese Aktivlautsprecher - siehe z.B. Aktivlautsprecher 200_5 und 200_6 der 3C - müssen auch nicht an einem PoE-Port des PoE-Switches 330 hängen).
4) Es sind zu wenige PoE Ports am PoE-Switch oder kein PoE im jeweiligen Netzwerksegment vorhanden. Dann werden AC-Netzkabel für die dort verbundenen Aktivlautsprecher benötigt.
5) AC-Netzanschluss und PoE im Datennetzwerk/Audionetzwerk sind vorhanden. Dann ist eine redundante Leistungsversorgung möglich. Dies hilft bei einem Netzausfall am AC-Eingang. Wenn jedoch der PoE-Switch ausfällt ist die Steuerung und/oder das Audiosignal auch nicht mehr vorhanden. Dann müsste parallel noch ein analoges

Audiosignal anliegen oder es müsste ein redundantes Netzwerk vorhanden sein.
Sämtliche in den obigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können selektiv miteinander kombiniert werden. Zu sämtlichen funktionellen Merkmalen sind Mittel zur Ausführung der entsprechenden Funktionen offenbart.
Der Begriff „verbunden“ und ähnliche Begriffe bedeuten nicht, dass die miteinander „verbundenen“ Elemente direkt miteinander verbunden sein müssen; zwischengeschaltete Elemente können gegebenenfalls zwischen den „verbundenen“ Elementen vorgesehen sein. Der Offenbarungsgehalt der vorliegenden Schrift soll jedoch auch die Möglichkeit umfassen, dass derartige verbundene Elemente direkt, d.h. ohne zwischengeschaltete Elemente, miteinander verbunden sind. Für die Interpretation der Zeichnungen gelten dieselben Grundsätze, d.h. eine zwischen zwei Elementen dargestellte direkte Leitungsverbindung schließt nicht das Vorhandensein von dazwischen angeordneten Elementen aus, umfasst jedoch auch die spezielle Offenbarung einer Verbindung ohne dazwischenliegende Elemente.

Claims

Leistungsversorgungsschaltung für einen Aktivlautsprecher, die aufweist: eine PoE (Power over Ethernet) Leistungsversorgung, welche eine PoE Leistung für einen Leistungsverstärker des Aktivlautsprechers bereitstellt; und eine AC Netzteil-Leistungsversorgung, die ausgelegt ist, dem Leistungsverstärker eine höhere Leistung als die PoE Leistung bereitzustellen.
Leistungsversorgungsschaltung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: einen DC Leistungsversorgungsausgang, der zum Anschluss an einen Leistungsversorgungseingang des Leistungsverstärkers vorgesehen ist, wobei der DC Leistungsversorgungsausgang gleichzeitig mit einem Ausgang der PoE Leistungsversorgung und mit einem Ausgang der AC Netzteil-Leistungsversorgung verbunden ist.
Leistungsversorgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der DC Leistungsversorgungsausgang mit einem Speicherkondensator und/oder mit einem Akkumulator verbunden ist.
Leistungsversorgungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend: eine Überwachungsschaltung für die Spannung am DC Leistungsversorgungsausgang, welche ein Überwachungssignal erzeugt, welches zur Begrenzung des Leistungsbedarfs des Leistungsverstärkers nutzbar ist.
Leistungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Ausfall entweder der PoE Leistungsversorgung oder der AC Netzteil-Leistungsversorgung die nicht ausgefallene Leistungsversorgung dem Leistungsverstärker unterbrechungsfrei Leistung bereitstellt.
Leistungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die PoE Leistungsversorgung ausgelegt ist, ein erstes Statussignal bereitzustellen, welches die maximal mögliche Ausgangsleistung der PoE Leistungsversorgung mitteilt.
Leistungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die AC Netzteil-Leistungsversorgung ausgelegt ist, ein zweites Statussignal bereitzustellen, welches den Verfügbarkeitszustand der AC Netzteil-Leistungsversorgung mitteilt.
Leistungsversorgungsschaltung nach Anspruch 6 und 7, ferner aufweisend: eine Auswerteschaltung, welche in Abhängigkeit von dem ersten Statussignal und/oder dem zweiten Statussignal ein Leistungsverfügbarkeitssignal erzeugt, welches zur Begrenzung des Leistungsbedarfs des Leistungsverstärkers nutzbar ist.
Leistungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine AC-Bedarfssignal-Erzeugungsschaltung, die ausgelegt ist, ein AC-Bedarfssignal zu erzeugen, welches den Bedarf der höheren Leistung als die PoE Leistung anzeigt.
Aktivlautsprecher, der aufweist: eine Leistungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; den Leistungsverstärker; und einen Lautsprecher mit einem Eingang, welcher mit einem Verstärkerausgang des Leistungsverstärkers verbunden ist.
Aktivlautsprecher nach Anspruch 10, der aufweist: einen Netzanschluss, welcher mit der AC Netzteil-Leistungsversorgung verbunden ist; einen Audiosignalprozessor; und einen Datenleitungsanschluss für ein Audionetzwerk, der mit der PoE Leistungsversorgung und dem Audiosignalprozessor verbunden ist.
Aktivlautsprecher nach Anspruch 11, der ferner aufweist: einen analogen Audiosignaleingang, wobei Audiosignale von dem analogen Audiosignaleingang dem Audiosignalprozessor zugeleitet werden, sofern am Datenleitungsanschluss kein Audionetzwerk verfügbar ist.
Aktivlautsprecher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Lautsprecher eine Tieftonschallquelle (Subwoofer) ist.
Verfahren zur Versorgung eines Aktivlautsprechers mit Leistung, welches umfasst: Bereitstellen einer PoE (Power over Ethernet) Leistung für einen Leistungsverstärker des Aktivlautsprechers; und Bereitstellen einer höheren Leistung als die PoE Leistung von einer AC Netzteil-Leistungsversorgung für den Leistungsverstärker.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei einem Ausfall entweder der PoE Leistung oder der höheren Leistung von der AC Netzteil-Leistungsversorgung die nicht ausgefallene Leistung dem Leistungsverstärker unterbrechungsfrei bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend: Erzeugen eines AC-Bedarfssignals, welches den Bedarf der höheren Leistung als die PoE Leistung anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei in Abhängigkeit von einem Statussignal der PoE Leistung und einem Statussignal der AC Netzteil-Leistungsversorgung und/oder in Abhängigkeit von einer Spannung an einer DC Leistungsversorgung für den Leistungsverstärker der Wiedergabepegel und somit die Leistungsaufnahme des Leistungsverstärkers automatisch begrenzt werden.