DE19548149A1

DE19548149A1 - In-car audio device with adjustable voice frequency characteristic

Info

Publication number: DE19548149A1
Application number: DE1995148149
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Methner
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19548149B4

Abstract

The audio device has an audio/voice frequency reproduction device e.g. car radio, cassette player and/or CD player coupled to loudspeakers directly incorporated in the automobile without intermediate loudspeaker housings, allowing reproduction of audio/voice frequencies of below 200Hz. A highpass filter determines the input level at the loudspeaker and is tuned to a frequency adjacent the resonance frequency of the loudspeaker. A second order Tchebyshev filter with low damping may be used with a loudspeaker having high damping.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Audio-Einrichtung in einem Kraftfahrzeug, die im wesentlichen aus einem oder mehreren Wiedergabegeräten wie Auto-Radio, Kassetten-Ab spielgerät, CD-Player besteht. Solchen Wiedergabegeräten sind Mittel zur Beeinflussung des Tonfrequenzganges zuge ordnet. Audio-Signale werden über Lautsprecher gewandelt und wiedergegeben. Dabei ist es bekannt, daß einerseits Hochtonlautsprecher und andererseits auch Lautsprecher, die zur Wiedergabe von Tonfrequenzen kleiner als 200 Hz geeignet sind, zum Einsatz kommen. Die Mittel zur Beein flussung des Tonfrequenzganges sollen immer den Klangein druck im Kraftfahrzeug möglichst optimal gestalten. Dabei sind fahrzeugspezifische Bedingungen, wie in der DE 43 26 328 A1 angegeben, zu berücksichtigen. Andererseits werden auch Veränderungen des Tonfrequenzganges in Abhängigkeit von Betriebskennwerten des Kraftfahrzeugs vorgenommen, um bei möglichst allen Betriebsbedingungen den Klangeindruck zu optimieren. Dies kann sehr aufwendig, wie in der DE 32 24 078 A1 angegeben, erfolgen oder mit geringem Aufwand vorgenommen werden, wie es unter anderem in der DE 30 45 722 C3 beschrieben und in der Praxis üblich ist.The invention relates to an audio device in a motor vehicle consisting essentially of one or several playback devices such as car radio, cassette tape game device, CD player. Such playback devices are provided means to influence the audio frequency response arranges. Audio signals are converted via loudspeakers and reproduced. It is known that, on the one hand Tweeters and on the other hand speakers, for the reproduction of sound frequencies less than 200 Hz are suitable. The means to leg Influence of the tone frequency response should always affect the sound Make the pressure in the motor vehicle as optimal as possible. Here are vehicle-specific conditions, as in DE 43 26 328 A1 to be taken into account. On the other hand also changes in the tone frequency response depending of operating characteristics of the motor vehicle to the sound impression in as many operating conditions as possible to optimize. This can be very expensive, as in DE 32 24 078 A1 specified, done or with little effort be made, as it is in DE 30 45 722 C3 and is common in practice.

Die Wiedergabe von Bässen durch die Lautsprecher wird im allgemeinen nicht hohen Anforderungen gerecht, wobei die geringe Klangqualität tolerierbar wäre. Sehr nachteilig ist jedoch, daß es bei der Übertragung von Bässen mit ei ner Frequenz im Bereich unterhalb der Resonanzfrequenz der Lautsprecher zu starken Auslenkungen der Lautspre chermembran kommt, was letztlich zur Zerstörung der Laut sprecher führen kann. Da die Lautsprecher im sogenannten "Free Air"-Einbau gehäuselos an Verkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs montiert sind, gibt es auch kein Luftvolu men (wie bei Boxen), dessen dynamische Federrate diesem Effekt entgegenwirkt.The playback of bass through the speakers is in the general not high requirements, the low sound quality would be tolerable. Very disadvantageous is, however, that when transmitting basses with egg ner frequency in the range below the resonance frequency the loudspeaker to strong deflections of the loudspeaker Membrane comes, which ultimately destroys the sound spokesman can lead. Since the speakers in the so-called "Free Air" installation on the casing parts of the Motor vehicle are mounted, there is no air volume men (as with boxes), whose dynamic spring rate this Counteracts effect.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Audio-Einrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen zu schaffen, bei der die mechanische Haltbar keit von Lautsprechern verbessert ist und bei der so Überlastungen und Schädigungen vermieden werden. Dies soll zumindest ohne Verschlechterung des Klangeindrucks erreicht werden.It is an object of the invention to have an audio device the specified in the preamble of claim 1 To create features where the mechanical durability speed of speakers is improved and so Overloads and damage can be avoided. This should at least be without worsening of the sound impression can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Audio-Ein richtung nach der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Weitere Einzelheiten der Erfin dung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.To solve this task, the audio on stands out direction according to the invention by the in claim 1 specified characteristics. More details of the Erfin dung result from the claims 2 to 6.

In Audio-Anlagen mit Lautsprechern, die geeignet sind, Tonfrequenzen kleiner als 200 Hz wiederzugeben, werden gedämpfte Lautsprecher eingesetzt, da bei Tonfrequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz der Lautsprecher hohe Mem branauslenkungen (Membranhub) zur Erzeugung von Schall druck erforderlich sind. Der hohe Membranhub kann bei sehr geringen Tonfrequenzen zu Verzerrungen und zur Laut sprecherschädigung führen. Durch die Dämpfung der Laut sprecher ist auch im Bereich der Resonanzfrequenz nur ein relativ geringer Schalldruck erzeugbar, womit Potential der Lautsprecher verschenkt wird. Im Bereich der Reso nanzfrequenz besteht eine erhebliche Hubreserve.In audio systems with speakers that are suitable Play sound frequencies less than 200 Hz muffled loudspeakers used because of sound frequencies below the resonance frequency of the speakers high mem branch deflections (diaphragm stroke) to generate sound pressure are required. The high membrane stroke can very low sound frequencies to distortion and sound cause speaker damage. By dampening the sound Speaker is also only in the range of the resonance frequency relatively low sound pressure can be generated, which means potential the speaker is given away. In the area of Reso there is a considerable stroke reserve.

Zur Vermeidung der Gefahr einer Lautsprecherschädigung sowie zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens der Lautsprecher, werden die Eingangssignale der Lautsprecher hochpaßgefiltert. Bevorzugt kommen Hochpaßfilter zweiter oder höherer Ordnung mit geringer Dämpfung (Tscheby scheff-Filter) zur Anwendung.To avoid the risk of speaker damage as well as to improve the transmission behavior of the Speakers, are the input signals of the speakers high pass filtered. High-pass filters preferably come second or higher order with low damping (Tscheby scheff filter).

Eine detaillierte Beschreibung der Erfindung erfolgt an hand der beiden in einer Figur gezeigten Diagramme. Ei nerseits ist der Frequenzgang (schalldruck-Frequenz) qua litativ gezeigt und andererseits ist der Membranhub der Lautsprecher über der Frequenz dargestellt. Die Diagramme enthalten je eine Kurve für einen Lautsprecher einer Au dio-Einrichtung nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linie) und je eine Kurve für einen Lautsprecher einer Au dio-Einrichtung mit dem Hochpaßfilter nach der Erfindung (fett durchgezogene Linie).A detailed description of the invention follows hand of the two diagrams shown in one figure. Egg on the other hand, the frequency response (sound pressure frequency) is qua shown literally and on the other hand the diaphragm stroke is the Loudspeakers shown above frequency. The diagrams each contain a curve for a loudspeaker of an Au dio device according to the prior art (dashed Line) and one curve for one speaker of an Au dio device with the high-pass filter according to the invention (bold solid line).

Aus den gestrichelt gezeichneten Linien 1, 2 für einen Lautsprecher nach dem Stand der Technik wird das weiter oben Ausgesagte deutlich. Der übertragbare Schalldruck p (Linie 1) steigt mit steigender Frequenz f bis auf einen Referenzschalldruck R an, welcher im Bereich unterhalb 200 Hz erreicht wird. Ein für Lautsprecher charakteristi scher Wert ist der -3 db-Wert. Es wird die Frequenz f₃ angegeben, bei der ein Schalldruck p von 3 db unterhalb des Referenzschalldrucks R erreicht wird. Im Ausführungs beispiel liegt dieser Wert f₃ etwa bei 120 Hz.The statements made above become clear from the dashed lines 1, 2 for a loudspeaker according to the prior art. The transmissible sound pressure p (line 1 ) increases with increasing frequency f up to a reference sound pressure R, which is reached in the range below 200 Hz. A characteristic value for loudspeakers is the -3 db value. The frequency f₃ is specified at which a sound pressure p of 3 db below the reference sound pressure R is reached. In the execution example, this value f₃ is approximately 120 Hz.

Die Linie 2 verdeutlicht den Membranhub x eines Lautspre chers in einer Audio-Einrichtung nach dem Stand der Tech nik. Der maximale lineare Hub x_max der Schwingspule (und damit der Membran) ist durch eine horizontale Linie ver deutlicht. Unterhalb einer Grenzfrequenz f_G von etwa 50 Hz wird der maximale Hub x_max überschritten, und es kommt zu Verzerrungen bzw. auch zur Schädigung des Lautspre chers. Der Bereich links von der Linie 2 und oberhalb von x_max ist schraffiert dargestellt. Es ist nachteilig, daß Lautsprecher von Audio-Einrichtungen nach dem Stand der Technik in diesem Bereich betreibbar sind.Line 2 illustrates the diaphragm stroke x of a loudspeaker in an audio device according to the state of the art. The maximum linear stroke x _{max of} the voice coil (and thus the diaphragm) is shown by a horizontal line. Below a limit frequency f _G of approximately 50 Hz, the maximum stroke x _{max is} exceeded, and distortion or damage to the loudspeaker occurs. The area to the left of line 2 and above x _max is shown hatched. It is disadvantageous that loudspeakers of audio devices according to the prior art can be operated in this area.

Die fett durchgezogenen Linien 3, 4 gehören zu einer er findungsgemäßen Audio-Einrichtung. Das Eingangssignal der Lautsprecher wird hochpaßgefiltert, wobei ein Hochpaßfil ter abgestimmt ist auf eine Frequenz f im Bereich einer Resonanzfrequenz f_S der Lautsprecher. Der resultierende Frequenzgang (Linie 3) hat eine deutlich andere Charakte ristik als dies ohne Hochpaßfilter der Fall war. Frequen zen f unterhalb von etwa 40 Hz sind überhaupt nicht über tragbar. Von dort aus steigt der übertragbare Schalldruck p jedoch steil an bis er im Bereich der Resonanzfrequenz f_S der Lautsprecher sein Maximum erreicht und wenig spä ter in den Referenzschalldruck R übergeht. Rechts vom Schnittpunkt der beiden Linien 1, 3 (im Bereich der Reso nanzfrequenz f_S) ist mit Hochpaßfilter ein höherer Schalldruck p übertragbar als ohne. Links vom Schnitt punkt (bei Frequenzen unterhalb von etwa 90 Hz) ist der übertragbare Schalldruck p jedoch gegenüber der Audio-Einrichtung nach dem Stand der Technik verringert. Der -3 db-Wert wird bereits bei etwa f₃ = 100 Hz, also bei tie feren Frequenzen als vorab beschrieben erreicht.The bold lines 3, 4 belong to a he inventive audio device. The input signal of the loudspeakers is high-pass filtered, a high-pass filter being tuned to a frequency f in the range of a resonance frequency f _{S of} the loudspeakers. The resulting frequency response (line 3 ) has a significantly different characteristic than was the case without a high-pass filter. Frequencies below about 40 Hz are not portable at all. From there, however, the transmittable sound pressure p rises steeply until it reaches its maximum in the range of the resonance frequency f _{S of} the loudspeakers and passes into the reference sound pressure R a little later. To the right of the intersection of the two lines 1, 3 (in the range of the resonance frequency f _S ), a higher sound pressure p can be transmitted with a high-pass filter than without. To the left of the intersection (at frequencies below about 90 Hz), however, the transmissible sound pressure p is reduced compared to the audio device according to the prior art. The -3 db value is already reached at about f₃ = 100 Hz, ie at lower frequencies than described above.

Bei Betrachtung der Linie 4 wird deutlich, daß die Laut sprecher nunmehr nicht in einem Bereich mit unzulässig hoher Membranauslenkung betreibbar sind. Im gefährdeten Frequenzbereich ist der Membranhub durch die Wirkung des Hochpaßfilters deutlich gesenkt worden. Oberhalb von etwa 90 Hz werden bestehende Hubreserven jedoch besser als vorher ausgenutzt. Bässe von etwa 90 Hz bis 160 Hz werden mit höherem Schalldruck p übertragen, ohne daß die Gefahr der Lautsprecherschädigung besteht. Der Wirkungsgrad der Audio-Einrichtung wurde in diesem Frequenzbereich verbes sert, was auch zu einer Verbesserung der Wiedergabequali tät führt.When looking at line 4, it becomes clear that the sound speaker is now not permitted in an area with high membrane deflection can be operated. In the endangered Frequency range is the diaphragm stroke due to the effect of High pass filter has been significantly reduced. Above about Existing stroke reserves are better than 90 Hz exploited beforehand. Basses from around 90 Hz to 160 Hz transmitted with higher sound pressure p without the danger the loudspeaker damage exists. The efficiency of the Audio setup has been improved in this frequency range sert, which also improves the playback quality action leads.

Das einzusetzende Hochpaßfilter sollte von zweiter oder höherer Ordnung sein, womit die Steilheit der Filterfunk tion festzulegen ist. Andererseits sollte das Hochpaßfil ter vorzugsweise gering gedämpft sein (Tschebyscheff-Cha rakteristik), wodurch die Verschiebung des -3 db-Wertes von der Frequenz f₃ zur tieferen Frequenz f₃ erreichbar ist. Das Hochpaßfilter kann als Passiv-Filter zwischen einem Verstärker der Audio-Einrichtung und dem Lautspre cher als analoges Filter angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, ein analoges oder digitales Aktiv-Filter vor dem Endverstärker der Audio-Einrichtung vorzusehen. Bei Anordnung eines digitalen Aktiv-Filters ist auch eine funktionelle Kombination des Hochpaßfilters mit anderen Funktionen zur Beeinflussung des Tonfrequenzganges (bei spielsweise automatische Lautstärkeverstellung) möglich.The high-pass filter to be used should be from second or higher order, with which the steepness of the filter radio tion. On the other hand, the high pass fil ter should preferably be slightly damped (Tschebyscheff-Cha characteristic), which causes the shift of the -3 db value accessible from the frequency f₃ to the lower frequency f₃ is. The high-pass filter can be used as a passive filter between an amplifier of the audio device and the loudspeaker be arranged as an analog filter. However, it is also possible an analog or digital active filter before the power amplifier of the audio device. When arranging a digital active filter, there is also one functional combination of the high-pass filter with others Functions for influencing the audio frequency response (at automatic volume adjustment, for example) possible.

Mit der Erfindung wird die Haltbarkeit von Lautsprechern durch Vermeidung von mechanischer Überlastung verbessert. Sehr tiefe Tonfrequenzen f führen nicht mehr zur Über schreitung des zulässigen Membranhubes x. Auch die Fre quenz von f = 0 (Gleichspannung am Lautsprechereingang), die bei Fehlern der Audio-Einrichtung auftreten kann, führt zu keiner Lautsprecherschädigung, da sie vom Hoch paßfilter eliminiert wird.With the invention, the durability of speakers improved by avoiding mechanical overload. Very low sound frequencies f no longer lead to over permissible membrane stroke exceeded x. The Fre frequency of f = 0 (DC voltage at the loudspeaker input), which can occur in the event of audio setup errors, does not damage the speaker as it is high pass filter is eliminated.

Der Wirkungsgrad der Lautsprecher wird im Bereich der Re sonanzfrequenz f_S verbessert, da dort bei gleichem Ein gangssignal die Hubreserven der Lautsprechermembran bes ser ausgenutzt werden. Bässe in diesem Frequenzbereich sind damit mit höherem Schalldruck p übertragbar.The efficiency of the loudspeakers is improved in the range of the resonance frequency f _S , since the stroke reserves of the loudspeaker diaphragm are used more effectively with the same input signal. Basses in this frequency range can therefore be transmitted with higher sound pressure p.

Die Überschreitung des zulässigen Hubes x der Lautspre chermembran beim Stand der Technik führt auch zu negati ven Rückwirkungen im Verstärker der Audio-Einrichtung. Diese durch Überschwingen verursachten Rückwirkungen wer den mit der Erfindung vermieden, wodurch sich auch die Qualität des Verstärkerausgangssignals verbessert. Letzt lich werden Intermodulationsverzerrungen stark vermin dert, was auch zu einer Klangverbesserung führt.Exceeding the permissible stroke x of the loudspeaker The membrane in the prior art also leads to negati ven effects in the amplifier of the audio device. These repercussions caused by overshoot avoided with the invention, which also the Improved the quality of the amplifier output signal. Last one Intermodulation distortions are greatly reduced changes, which also leads to a sound improvement.

Die Erfindung ist mit relativ einfachen Mitteln und damit unaufwendig realisierbar. Sie kann bei vorhandenen Audio-Einrichtungen nachgerüstet oder grundsätzlich in neuen Audio-Einrichtungen vorgesehen werden. Auch bei gehäuse los im Kraftfahrzeug eingebauten Lautsprechern ist nun mehr ein Betrieb der Audio-Anlage mit wesentlich verrin gerter Gefahr der Lautsprecherschädigung bei hoher Klang qualität möglich.The invention is relatively simple and thus effortless to implement. You can with existing Retrofitted audio equipment or basically new ones Audio facilities are provided. Even with housings loudspeakers installed in the motor vehicle is now more an operation of the audio system with significantly reduced Lower risk of loudspeaker damage with high sound quality possible.

Claims

1. Audio device in a motor vehicle with at least one sound-frequency playback device, which comprises means for influencing the audio frequency response, and with houseless built-in motor vehicle, speakers connected to the playback device, which are suitable, also sound frequencies (f) less than 200 Hz reproduce, characterized by at least one high-pass filter for influencing the input level of the speakers, which is tuned to a frequency (f) close to a resonance frequency (f _S ) of the speakers.

2. Audio device according to claim 1, characterized in that the high-pass filter the diaphragm stroke (x) of the speaker and thus the sound to be emitted pressure (p) on the one hand significantly below the resonance frequency (f _S ) and on the other hand in the range of the resonance frequency (f _S ) increased.

3. Audio device according to claims 1 and 2, there characterized in that the high pass filter of second or higher order.

4. Audio device according to claims 1 to 3, there characterized in that a speaker with ho attenuation a high pass filter with low attenuation (Tschebyscheff filter) is to be assigned.

5. Audio device according to claims 1 to 4, there characterized in that the high-pass filter as Pas siv filter between an amplifier of playback device and the speakers or as an active filter before a power amplifier of the playback device is arranged.

6. Audio device according to claims 1 to 5, there characterized in that the high-pass filter as ana loges filter or as a digital active filter forms is.