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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Kraftfahrzeugmultimediasysteme und insbesondere auf die Bereitstellung
kundenspezifischer akustischer Frequenzgangentzerrung für eine Vielzahl
von Fahrzeugtypen und innere akustische Umgebungen.
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Fast jedes Kraftfahrzeug (d.h. Personen- und
Lastkraftwagen) ist mit einem Radio oder irgendeinem Multimediaaudiosystem
ausgestattet. Ein Fahrzeuginneres 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. im Fahrersitz) wahrgenommen wird, verzerrt.
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Entzerrung ist ein bekanntes Verfahren,
bei dem der Frequenzgang und/oder die Laufzeit jedes einzelnen Audiokanals
zur Kompensation der wiedergegebenen Audiocharakteristiken elektronisch modifiziert
wird, um ein attraktiveres Frequenzspektrum bereitzustellen. Das
gewünschte
Spektrum ist nicht notwendigerweise eben. In vielen Kraftfahrzeuganwendungen
ist die Bereitstellung einer relativ größeren Verstärkung von Bassfrequenzen erwünscht (d.h.
Bassverstärkung),
um die Straßen- und
Motorgeräusche
zu überdecken.
Entzerrung umfasst eine Verringerung von Audiofrequenzen, die durch
die akustische Umgebung des Fahrzeugs über eine Sollspektralkurve
hinaus überbetont
werden.
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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 z.B.
einem Filter mit finitem (FIR) oder infinitem Stoßverhalten
(IIR), verwendet wird.
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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 Fahr zeugumgebung ein
Koeffizientensatz mithilfe eines Testfahrzeugs in einem Klanglabor
ermittelt und die daraus resultierenden Entzerrungsparameter gespeichert
sowie anschließend
in den Speicher eines solchen Audiosystems einprogammiert werden,
das in dieselbe Fahrzeugumgebung wie die des Testfahrzeugs installiert
wird.
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Ein Entzerrungsfilter kann zwar als
Teil der Grundausführung
eines in einer spezifischen Fahrzeugumgebung zu verwendenden Audiosystems
im Voraus ausgelegt werden, jedoch muss ein Fahrzeughersteller dafür verschiedene
Audiosystemfertigteile führen
(d.h. mit jedem Fertigteil, das in ein einzelnes Fahrzeugmodell
und eine einzelne Innenausstattung eingebaut wird). Entsprechend
einer aus dem Patent
US 5,617,480 gezogenen
alternativen 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, wenn 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. Eine große
Anzahl von Audiosystemen kann im Voraus hergestellt und in eine
beliebige Fahrzeugumgebung eingebaut werden, nachdem die Umgebung
für ein
Testfahrzeug in einem Klanglabor charakterisiert worden ist (d.h.
derart, dass ein entsprechender Satz von Filterkoeffizienten in
das Audiosystem geladen werden kann).
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Zum Programmieren von Filterkoeffizienten in
einem Fahrzeugmontagewerk, das viele unterschiedliche Fahrzeugmodelle
und/oder verschiedene Innenausstattungen eines Fahrzeugs fertigt,
muss das Fahrzeugmontagewerk separate elektronische Dateien zum
Herunterladen sowie die Ausrüstung und
die Abläufe
zum Erreichen des Herunterladens führen (die Gegenstand von Störungen und
Fehlern sind). Typischerweise sind verschiedene Entzerrungskurven
für unterschiedliche
Konfigurationen desselben Fahrzeugmodells erforderlich, wie z.B.
bei Unterschieden im Innenausstattungsmaterial (z.B. Gewebe, Vinyl
oder Leder), in der Karosserieform (z.B. 2-türig, 3-türig, 4-türig oder 5-türig), in
der Lenkkonfiguration (z.B. Linkslenkung oder Rechtslenkung) und
in der Lautsprecherkonfiguration (z.B. mit oder ohne Tiefbasslautsprecher).
Die daraus resultierende Komplexität der 1) Versorgung und Bestandsaufnahme
zahlreicher verschiedener Audiosysteme (die selbst ein identisches äußeres Erscheinungsbild haben
könnten)
oder 2) Führung
zahlreicher Entzerrungskoeffizientensätze und fehlerloses Herunterladen
aller Koeffizienten ist aus Sicht eines Herstellers unerwünscht.
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Die Erfindung hat den Vorteil der
Bereitstellung eines einzigen Modells oder Fertigteils für ein Audiosystem,
das eine individuell mögliche
Entzerrung bietet, ohne einen Entzerrungskoeffizientensatz in einem
Fahrzeugmontagewerk herunterladen zu müssen. Entsprechend der Erfindung
sind für
eine Anzahl unterschiedlicher Fahrzeugmodelle und/oder Innenausstattungen
Entzerrungskoeffizientensätze im
Audiosystem gespeichert. Es werden manuelle und automatische Mechanismen
zur Auswahl des einen entsprechenden Koeffizientensatzes aus den gespeicherten
Koeffizientensätzen
auf der Basis des Fahrzeugmodells, der Ausstattung, der Karosserieform
und/oder weiterer Merkmale der Fahrzeuginnenumgebung bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung
wird ein Mehrkanalaudiosystem zum Einbau in jede beliebige einer
Vielzahl von akustisch spezifischen Fahrzeugumgebungen bereitgestellt.
Ein Digitalsignalverarbeitungssystem zur Verarbeitung von Quellenaudiosignalen
erzeugt eine Vielzahl von an Audiowandler zu koppelnden Audioausgangssignalen,
wobei das Digitalsignalverarbeitungssystem ein Mehrkanalentzerrungsfilter
enthält.
Ein Entzerrungskoeffizientenspeicher speichert eine Vielzahl von
Entzerrungscharakteristiksätzen,
wobei jeder Entzerrungscharakteristiksatz einer jeweiligen Fahrzeugumgebung
entspricht. Eine Steuerung koppelt in Reaktion auf ein Fahrzeugumgebungsidentifikationssignal
einen aus den Entzerrungscharakteristiksätzen ausgewählten Entzerrungscharakteristiksatz
an das Mehrkanalentzerrungsfilter.
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1 stellt
ein Test-/Messsystem zur Charakterisierung eines Entzerrungskoeffizientensatzes für ein in
einer bestimmten Fahrzeugumgebung wirkendes Audiosystem dar.
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2 ist
eine Tabelle, die akustisch spezifische Fahrzeugumgebungen zeigt,
für die
ein einzelnes Fahrzeugmodell konfigurierbar ist.
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3 ist
ein Blockschaubild, das ein Fahrzeugmultiplexsystem und ein Audiosystem
entsprechend der Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das ein Vorzugsverfahren der Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen
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Bezug nehmend auf 1 besitzt ein Fahrzeug 10 einen
Innenraum 11, der eine akustische Fahrzeugumgebung ergibt,
in der ein Multimediaaudiosystem wirkt. Das Audiosystem enthält ein festgelegtes
Modell oder eine Haupt- oder Kopfeinheit 12, das bzw. die
an eine Vielzahl von Lautsprechern 13 angeschlossen ist.
In einem Klanglabor wird eine Vorproduktions- oder Prototypeinheit
eines bestimmten Fahrzeugmodells und einer bestimmten Innenausstattung
zur Bestimmung eines Entzerrungskoeffizientensatzes getestet, der
zu verwenden ist, wenn die Kopfeinheit an das Fahrzeugmodell/die
Konfiguration angepasst wird. Aus Testgründen ist eine Teststeuerung 14 an
der Kopfeinheit 12 und an eine im Innenraum 11 aufgestellte
Gruppe von Mikrofonen 15 angeschlossen. Ein Audiotestsignal
(z.B. ein Rosa-Rauschen) wird zur Wiedergabe über die Lautsprecher 13 an
die Kopfeinheit 12 gekoppelt. Die Mikrofone 15 nehmen
den resultierenden Klang an festgelegten Standorten im Innenraum 11 auf,
und die Mikrofonsignale werden zur Bestimmung des erzeugten Frequenzspektrums
analysiert. Koeffizienten für
ein Entzerrungsfilter in der Kopfeinheit 12 werden interaktiv
justiert, bis eine Sollspektralkurve über die Mikrofone 15 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.
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Der in 1 dargestellte
Charakterisierungsprozess müsste
gegebenenfalls für
einige Konfigurationen eines Fahrzeugmodells durchgeführt werden,
da die verschiedenen Konfigurationen extrem unterschiedliche Auswirkungen
auf das Akustikverhalten der Fahrzeugumgebung haben könnte. Speziell Änderungen
in den Innenausstattungsmaterialien (wie z.B. Gewebe-, Vinyl- oder
Ledersitze), den Karosserieformen (die z.B. durch die Türanzahl und/oder
das Vorhandensein einer Heckklappe bestimmt werden) und der Lautsprecherkonfiguration (z.B.
Anzahl und Typen der Lautsprecher, wenn für ein einziges Fahrzeugmodell
mehr als eine Lautsprecherkonfiguration verfügbar ist) können akustische Differenzen
hervorrufen, die unterschiedliche Entzerrungskoeffizientensätze erfordern.
Außerdem
kann die Fahrerseite (d.h. die Seite, an der das Lenkrad 16 angebracht
ist) in die Betrachtung einbezogen werden, da die Entzerrung typischerweise
für den
Hörstandort
des Fahrers optimiert wird. Am Ende eines Tests wird von der Teststeuerung 14 für ein bestimmtes
Fahrzeugmodell/eine bestimmte Innenausstattung der entsprechende
Entzerrungskoeffizientensatz ausgegeben.
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Wie in der Tabelle von 2 gezeigt, werden eine Vielzahl
von Fahrzeugen und ihre entsprechenden Innenausstattungen, die akustisch
gesehen einen spezifischen Ent zerrungskoeffizientensatz benötigen, auf
jeweilige Adresswerte bezogen, die die Position im Audiosystemspeicher
des entsprechenden Koeffizientensatzes kennzeichnen. Jede Spalte
zeigt ein Element der Fahrzeugkonfigurationen, das zu spezifischen
Schallumgebungen führt
und diese kennzeichnet. Links- oder Rechtssteuerung ist zur Bestimmung
des Hörstandorts,
für den
das Klangfeld optimiert werden soll, wichtig (falls ein bestimmtes Modell
für beide
Arten verfügbar
ist). Die Anzahl der Türen
bestimmt eine Karosserieform, wobei jede Karosserieform typischerweise
Unterschiede in der Gestaltung des Innenraums und/oder der Lautsprecheranordnung
aufweist. Innenausstattungsmaterial, wie z.B. Gewebe, Leder oder
Vinyl, bieten eine unterschiedliche Klangreflexion und erfordern
unterschiedliche Entzerrungskoeffizientensätze, wenn ein bestimmtes Modell
mit verschiedenen Innenausstattungsmaterialien zur Verfügung steht.
Falls das Fahrzeug mit optionalen Lautsprecherkonfigurationen (z.B.
mit einem optionalen Tiefbasslautsprecher) ausgestattet wird, müssen die
entsprechenden Entzerrungskoeffizientensätze bereitgestellt werden.
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Der Entzerrungskoeffizientensatz
für jedes jeweilige
Modell/jede jeweilige Konfiguration ist durch einen in der letzten
Spalte der Tabelle aufgelisteten Adresswert oder Indexwert gekennzeichnet.
Die Informationen in der Tabelle können von einem Fahrzeugassembler
verwendet werden, um festzulegen, welcher Koeffizientensatz (d.h.
Adresswert) bei Installation des Audiosystemmodells in eines der
Fahrzeugmodelle/in eine der Konfigurationen ausgewählt werden
soll.
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3 zeigt
eine normale technologische Einheit der Audiosystemhaupteinheit 18.
Eine Hauptsteuerung 20 (z.B. eine programmierbare Mikrosteuerung)
koordiniert den Audiosystembetrieb und enthält einen Nurlesespeicher (ROM) 21,
der eine Vielzahl von Entzerrungskoeffizientensätzen in einem Datenfeld speichert.
Bei Anschalten des Audiosystems wird ein Entzerrungskoeffizientensatz
ausgewählt
und an ein Entzerrungsfilter 22 in einem Digitalsignalprozessor
(DSP) 23 übertragen.
Audiosignale von einer Audioquelle 24 (z.B. einer Radioabstimmeinheit,
einem CD-Player, einem MP3-Player oder einem Kassettengerät) werden
durch den DSP 23 verarbeitet. Bei einer Analogquelle wird
ein (nicht dargestellter) Analog/Digital-(A/D-)Wandler zur Kopplung
der Audiosignale an den DSP 23 verwendet. Die Audioverarbeitung
im DSP 23 umfasst die Entzerrung im Filter 22.
Die daraus resultierenden entzerrten Audiosignale werden durch Digital/Analog-(D/A-)Wandler 25 in
Analogsignale umgewandelt und an (nicht dargestellte) Lautsprecher
gesendet.
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Ein Fahrzeugumgebungsidentifikationssignal 27 (z.B.
die Adresse des entsprechenden Entzerrungskoeffizientensatzes) wird
in einem nichtflüchtigen,
programmierba ren (d.h. wiederbeschreibbaren) Speicher 26 gespeichert,
der aus einem elektrisch löschbaren
ROM (EEPROM) bestehen könnte.
Speicher 26 könnte
sich innerhalb der Steuerung 20 befinden oder eine eigenständige Komponente
sein.
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Für
die manuelle Einstellung eines Adresswerts muss zum Beispiel eine
Person mithilfe von Bedienelementen auf einer Instrumententafel 30 der Haupteinheit 18 mit
dem Audiosystem kommunizieren. Die Instrumententafel 30 enthält einen An/Aus-Lautstärkeregelknopf 31,
ein Informationsdisplay 32 und Steuertasten 33.
In einer Vorzugsausgestaltung ist die Hauptsteuerung 20 zur
Bereitstellung eines versteckten Menüs programmiert, das durch Drücken eines
Paars der Steuertasten 33 für eine bestimmte Zeitspanne
(z.B. 2s) zugriffsfähig wird.
Im versteckten Menü werden
die verfügbaren Adresswerte
angezeigt. Mithilfe festgelegter Steuertasten (z.B. eines Auf-/Nieder-Abstimmkippschalters zur
Radioabstimmung) bewegt sich der Nutzer durch eine Liste von Adresswerten
und markiert unter Verwendung einer anderen der Steuertasten 33 eine Auswahl.
Die Steuerung 20 speichert den markierten Adresswert im
EEPROM 26 und kehrt zum Normalbetrieb des Displays 32 zurück. Das
versteckte Menü könnte im
Selbsttestvorgang enthalten sein, der bereits in einigen gegenwärtig hergestellten
Audiosystemen präsent
ist.
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Ein Adresswert kann außerdem über einen Multiplexbus 35 eingestellt
werden, der eine Multiplexbusschnittstelle in der Hauptsteuerung 20 mit
einem Karosseriemodul 36 und/oder einem direkten Multiplexanschluss 37 verbindet.
Eine Multiplexmeldung, die entweder den Solladresswert oder Informationen
bezüglich
eines Adresswerts durch die Hauptsteuerung 20 enthält, kann
an die Hauptsteuerung 20 gesendet werden. Das Karosseriemodul 36 könnte zum
Beispiel ein mit dem Multiplexbus 35 kommunizierendes Fahrertürmodul oder
anderes konventionelles Modul sein, das Informationen über das
Ausstattungsmaterial, die Karosserieform und die Lenkkonfiguration
des Fahrzeugs speichert, in dem das Modul und das Audiosystem installiert
sind. Beim Durchlaufen eines Initialisierungsvorgangs des Audiosystems
immer dann, wenn es erneut mit der Hauptbatterie verbunden wird,
ruft es die Informationen aus dem Karosseriemodul 36 über Multiplexmeldungen ab
(während
das Audiosystem die Lautsprecherkonfiguration selbst erfasst). Die
Hauptsteuerung 20 würde
eine gespeicherte Version der Tabelle von 2 enthalten und die Multiplexinformationen
mit der Tabelle vergleichen, um den dem geeigneten Entzerrungskoeffizientensatz
entsprechenden Adresswert zu bestimmen und zu speichern.
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Anstelle des Abrufs der Informationen
von einem anderen Modul durch das Audiosystem könnten die Informationen entweder
automatisch oder manuell ohne Abruf über einen externen Multiplexanschluss 37 (der
konventionell z.B. zur Fahrzeugdiagnose oder -programmierung verwendet
wird) gesendet werden. Dieses Programmieren des Adresswerts könnte zum
Beispiel während
der Endkontrolle in einem Fahrzeugmontagewerk durchgeführt werden. Die
dem Audiosystem übermittelten
Informationen könnten
außerdem
den Adresswert selbst oder Informationen enthalten, die die Fahrzeugumgebungen hinsichtlich
des Fahrzeugmodells, der Lenkkonfiguration, der Ausstattung, der
Karosserieform und/oder der Lautsprecherkonfiguration definieren.
Mithilfe der Fahrzeugumgebungsinformationen in der Multiplexkommunikation
wird die Notwendigkeit zur Bereitstellung von Adresswertinformationen
an das Fahrzeugmontagewerk vermieden, wodurch die Werkslogistik vereinfacht
wird.
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In 4 ist
ein Vorzugsverfahren der Erfindung dargestellt. In Schritt 40 werden
die Hardware und die Bedienungssoftware eines Multimediaaudiosystems
bestimmt. Die Auslegung enthält
ein Entzerrungsfilter, das unterschiedliche Koeffizientensätze zur
Bereitstellung verschiedener Entzerrungskurven akzeptiert. Die ROM-Kodierungserfordernisse
der Auslegung umfassen die Reservierung von Speicherplatz zur permanenten
Speicherung einer Vielzahl von Entzerrungskoeffizientensätzen. In
Schritt 41 wird eine Vielzahl von Fahrzeugen, in die das Audiosystem
installiert werden kann, in einem Klanglabor analysiert. Die Analyse
verwendet vorzugsweise Vorproduktions- oder Prototypfahrzeuge und
ein Prototypaudiosystem, das in die Zieltestfahrzeuge installiert
wird, die ihren Fertigungsendzuständen so nah wie möglich sind.
Jede Fahrzeugumgebung wird entzerrt und der entsprechende Entzerrungskoeffizientensatz
bestimmt.
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In Schritt 42 werden alle Entzerrungskoeffizientensätze von
allen Zielfahrzeugumgebungen dem ROM-Kode der Mikrosteuerung des
Audiosystems im reservierten Speicherplatz hinzugefügt. Nach
der ersten Produktionsfreigabe des Audiosystems könnten über Softwareupdates
zusätzliche
Entzerrungskoeffizientensätze
in nachfolgend gefertigte Einheiten des Audiosystems hinzugefügt werden.
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In Schritt 43 geht das einzelne Modell
des Audiosystems, das alle Entzerrungskoeffizientensätze im Speicher
enthält,
in Massenproduktion und wird an Fahrzeugmontagewerke geliefert.
Eine Einheit des Audiosystems wird in Schritt 44 in ein Zielfahrzeug
installiert.
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In Schritt 45 wird eine der Fahrzeugumgebung
des Zielfahrzeugs entsprechend geeignete Adresse (d.h. ein Fahrzeugumgebungsidentifikationssignal)
bestimmt. In Schritt 46 wird die Adresse im anwenderprogrammierbaren
Speicher (z.B. EEPROM) des Audiosystems in jedem einzelnen Zielfahrzeug
eingestellt. Wie zuvor beschrieben, kann die Einstel– lung der
Adresse manuell an der Instrumententafel oder über eine Multiplexverbindung
erfolgen. Gerade bei Durchführung über den
Multiplexbus sollte die Fähigkeit
zur Auswahl eines Adresswerts mithilfe der Audiosysteminstrumententafel zwecks
Erleichterung der Wartung des Audiosystems aufrechterhalten werden.
Außerdem
könnte
für spezielle
Anforderungen mehr als eine Entzerrungskurve für eine einzige Fahrzeugumgebung
konfiguriert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung könnte das Audiosystem
außerdem
Entzerrungskoeffizientensätze
enthalten, die in etwa festgelegten artmäßigen Fahrzeugumgebungen (z.B.
ein Kleinlastwagen, eine kleine Limousine) anstelle spezieller Zielfahrzeuge entsprechen,
so dass das Audiosystem auch, falls es in einem Fahrzeug installiert
wird, das nicht in einem Klanglabor analysiert wurde, eine angemessene Leistung
erreichen kann.