DE19548149B4

DE19548149B4 - Audio device in a motor vehicle

Info

Publication number: DE19548149B4
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: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19548149A1

Abstract

Audio-Einrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit zumindest einem tonfrequenten Wiedergabegerät, das Mittel zur Beeinflussung des Tonfrequenzganges umfaßt, und mit gehäuselos im Kraftfahrzeug eingebauten, mit dem Wiedergabegerät verbundenen Lautsprechern, die geeignet sind, auch Tonfrequenzen (f) kleiner als 200 Hz wiederzugeben, gekennzeichnet durch zumindest ein zwischen dem Wiedergabegerät und den Lautsprechern angeordnetes Passiv-Hochpaßfilter wenigstens zweiter Ordnung zur Beeinflussung des Eingangspegels der Lautsprecher, welches abgestimmt ist auf eine Frequenz (f) nahe einer Resonanzfrequenz (f_S) der Lautsprecher und derart ausgeführt ist, daß es den Membranhub (x) der Lautsprecher und damit den abzugebenden Schalldruck (p) einerseits deutlich unterhalb der Resonanzfrequenz (f_S) reduziert und andererseits im Bereich der Resonanzfrequenz (f_S) erhöht.Audio device in a motor vehicle, comprising at least one audio-frequency reproducing apparatus comprising means for influencing the audio frequency response, and loudspeakers built into the motor vehicle and connected to the reproducing apparatus, which are also capable of reproducing sound frequencies (f) of less than 200 Hz by at least one second order passive high pass filter disposed between the reproducing apparatus and the loudspeakers for influencing the input level of the loudspeakers which is tuned to a frequency (f) near a resonant frequency (f _S ) of the loudspeakers and adapted to cause the diaphragm stroke (x) the loudspeaker and thus the sound pressure (p) to be delivered on the one hand significantly below the resonant frequency (f _S ) reduced and on the other hand increased in the region of the resonant frequency (f _S ).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Audio-Einrichtung in einem Kraftfahrzeug, die im wesentlichen aus einem oder mehreren Wiedergabegeräten wie Auto-Radio, Kassetten-Abspielgerät, CD-Player besteht. Solchen Wiedergabegeräten sind Mittel zur Beeinflussung des Tonfrequenzganges zugeordnet. 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 Beeinflussung des Tonfrequenzganges sollen immer den Klangeindruck 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, which consists essentially of one or more playback devices such as car radio, cassette player, CD player. Such playback devices are associated with means for influencing the Tonfrequenzganges. Audio signals are converted via loudspeakers and played back. It is known that, on the one hand, tweeters and, on the other hand, loudspeakers suitable for reproducing sound frequencies of less than 200 Hz are used. The means for influencing the audio frequency response should always make the sound impression in the motor vehicle as optimal as possible. These are vehicle-specific conditions, as in the DE 43 26 328 A1 specified, to be considered. On the other hand, changes in the audio frequency response as a function of operating characteristics of the motor vehicle are made in order to optimize the sound impression at all possible operating conditions. This can be very expensive, as in the DE 32 24 078 A1 specified, made or made with little effort, as it inter alia in the DE 30 45 722 C3 described and customary 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 Lautsprechermembran kommt, was letztlich zur Zerstörung der Lautsprecher führen kann. Da die Lautsprecher im sogenannten "Free Air"-Einbau gehäuselos an Verkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs montiert sind, gibt es auch kein Luftvolumen (wie bei Boxen), dessen dynamische Federrate diesem Effekt entgegenwirkt.The Playing bass through the speakers is generally not high demands fair, whereby the low sound quality would be tolerable. Very However, it is disadvantageous that it in the transmission of basses with egg ner frequency in the range below the resonant frequency of Speaker comes to strong deflections of the speaker diaphragm, which ultimately leads to destruction lead the speaker can. Since the speakers in the so-called "Free Air" installation caseless on trim parts are mounted of the motor vehicle, there is no air volume (as in boxes), whose dynamic spring rate counteracts this effect.

In der DE 37 18 337 A1 ist eine Ansteuerschaltung für einen Baßlautsprecher offenbart, mit der die untere Grenzfrequenz in Abhängigkeit der Auslenkung des Lautsprechers verändert wird.In the DE 37 18 337 A1 discloses a drive circuit for a bass speaker, with which the lower limit frequency is changed in dependence of the deflection of the speaker.

Der EP 0 568 721 A1 ist ein elektrodynamischer Lautsprecher in einem geschlossenen Gehäuse zu entnehmen. Der Lautsprecher wird über ein passives Hochpaßfilter zweiter Ordnung betrieben, wobei das Gehäusevolumen und das Hochpaßfilter an die verwendeten Parameter des verwendeten Lautsprechers angepaßt sind. Die Anpassung von Gehäusevolumen und Hochpaßfilter an die Parameter des Lautsprechers erfolgen derart, dass im Zusammenspiel mit den akustischen Eigenschaften des Lautsprechers und dessen elektrische Rückführung auf das Hochpaßfilter bestimmte akustisch günstige Frequenzgänge realisiert werden.Of the EP 0 568 721 A1 An electrodynamic loudspeaker can be found in a closed housing. The loudspeaker is operated via a passive second-order high-pass filter, the housing volume and the high-pass filter being adapted to the parameters of the loudspeaker used. The adaptation of housing volume and high-pass filter to the parameters of the speaker done in such a way that in conjunction with the acoustic properties of the speaker and its electrical feedback to the high-pass filter certain acoustically favorable frequency responses are realized.

In der DE 42 12 622 A1 ist ein Hochpaßfilter für Lautsprecheranwendungen in Mehrwegsystemen offenbart.In the DE 42 12 622 A1 discloses a high pass filter for loudspeaker applications in reusable systems.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Audio-Einrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen zu schaffen, bei der die mechanische Haltbarkeit von Lautsprechern verbessert ist und bei der so Überlastungen und Schädigungen vermieden werden. Dies soll zumindest ohne Verschlechterung des Klangeindrucks erreicht werden.It Object of the invention, an audio device with the in the preamble to provide the features specified in claim 1, wherein the mechanical durability of speakers is improved and in the case of overloads and so damage be avoided. This should at least without deterioration of the Sound impression can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Audio-Einrichtung nach der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem Patentanspruch 2.to solution This object is distinguished by the audio device according to the invention characterized by the features specified in claim 1. Further Details of the invention emerge from the patent claim 2.

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 Membranauslenkungen (Membranhub) zur Erzeugung von Schalldruck erforderlich sind. Der hohe Membranhub kann bei sehr geringen Tonfrequenzen zu Verzerrungen und zur Lautsprecherschädigung führen. Durch die Dämpfung der Lautsprecher ist auch im Bereich der Resonanzfrequenz nur ein relativ geringer Schalldruck erzeugbar, womit Potential der Lautsprecher verschenkt wird. Im Bereich der Resonanzfrequenz besteht eine erhebliche Hubreserve.In Audio systems with speakers that are capable of sound frequencies less than 200 Hz, muted speakers are used, because at sound frequencies below the resonance frequency of the speaker high diaphragm deflections (diaphragm stroke) for generating sound pressure required are. The high diaphragm stroke can be achieved at very low sound frequencies lead to distortion and speaker damage. By damping the Loudspeaker is also only a relative in the range of the resonance frequency low sound pressure can be generated, giving away the potential of the speakers becomes. In the range of the resonant frequency there is a considerable Hubreserve.

Zur Vermeidung der Gefahr einer Lautsprecherschädigung sowie zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens der Lautsprecher, werden die Eingangssignale der Lautsprecher hochpaßgefiltert. Es kommen Hochpaßfilter zweiter oder höherer Ordnung, bevorzugt mit geringer Dämpfung (Tschebyscheff-Filter) zur Anwendung.to Avoidance of the risk of speaker damage and improvement the transmission behavior the speaker, the input signals of the speakers are high pass filtered. It come high pass filter second or higher Order, preferably with low attenuation (Chebyshev filter) for use.

Eine detaillierte Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der beiden in einer Figur gezeigten Diagramme. Einerseits ist der Frequenzgang (Schalldruck-Frequenz) qualitativ gezeigt und andererseits ist der Membranhub der Lautsprecher über der Frequenz dargestellt. Die Diagramme enthalten je eine Kurve für einen Lautsprecher einer Audio-Einrichtung nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linie) und je ein Kurve für einen Lautsprecher einer Audio-Einrichtung mit dem Hochpaßfilter nach der Erfindung (fett durchgezogene Linie).A Detailed description of the invention is based on the two in a figure shown diagrams. On the one hand, the frequency response (Sound pressure frequency) shown qualitatively and on the other hand is the Membrane stroke of the speakers above the frequency shown. The diagrams each contain a curve for one Speaker of an audio device according to the prior art (dashed line) and one curve each for a loudspeaker Audio 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 charakteristischer 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 Ausführungsbeispiel liegt dieser Wert f₃ etwa bei 120 Hz.From the dashed lines 1 . 2 for a speaker according to the prior art, the above is clear. The transmittable 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 f _{3 is} given at which a sound pressure p of 3 db below the reference sound pressure R is reached. In the exemplary embodiment, this value f _{3 is} approximately 120 Hz.

Die Linie 2 verdeutlicht den Membranhub x eines Lautsprechers in einer Audio-Einrichtung nach dem Stand der Technik. Der maximale lineare Hub x_max der Schwingspule (und damit der Membran) ist durch eine horizontale Linie verdeutlicht. 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 Lautsprechers. 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.The line 2 illustrates the diaphragm stroke x of a loudspeaker in an audio device according to the prior art. The maximum linear stroke x _{max of} the voice coil (and therefore the diaphragm) is illustrated by a horizontal line. Below a cut-off frequency f _G of about 50 Hz, the maximum stroke x _{max is} exceeded, and it comes to distortion or damage to the speaker. The area to the left of the line 2 and above x _max is shown hatched. It is disadvantageous that loudspeakers of audio devices according to the prior art are operable in this area.

Die fett durchgezogenen Linien 3, 4 gehören zu einer erfindungsgemäßen Audio-Einrichtung. Das Eingangssignal der Lautsprecher wird hochpaßgefiltert, wobei ein Hochpaßfilter abgestimmt ist auf eine Frequenz f im Bereich einer Resonanzfrequenz f_S der Lautsprecher. Der resultierende Frequenzgang (Linie 3) hat eine deutlich andere Charakteristik als dies ohne Hochpaßfilter der Fall war. Frequenzen f unterhalb von etwa 40 Hz sind überhaupt nicht übertragbar. 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 später in den Referenzschalldruck R übergeht. Rechts vom Schnittpunkt der beiden Linien 1, 3 (im Bereich der Resonanzfrequenz f_S) ist mit Hochpaßfilter ein höherer Schalldruck p übertragbar als ohne. Links vom Schnittpunkt (bei Frequenzen unterhalb von etwa 90 Hz) ist der übertragbare Schalldruck p jedoch gegenüber der AudioEinrichtung nach dem Stand der Technik verringert. Der –3 db-Wert wird bereits bei etwa f₃ = 100 Hz, also bei tieferen Frequenzen als vorab beschrieben erreicht.The bold lines 3 . 4 belong to an audio device according to the invention. The input signal of the loudspeakers is high-pass filtered, wherein a high-pass filter is tuned to a frequency f in the range of a resonant frequency f _{S of} the loudspeakers. The resulting frequency response (line 3 ) has a distinctly different characteristic than was the case without a high-pass filter. Frequencies f below about 40 Hz are not transferable at all. From there, however, the transmittable sound pressure p rises steeply until it reaches its maximum in the region of the resonant frequency f _{S of} the loudspeakers and passes into the reference sound pressure R a little later. Right from the intersection of the two lines 1 . 3 (in the range of the resonant frequency f _S ) with high-pass filter, a higher sound pressure p transferable than without. To the left of the point of intersection (at frequencies below about 90 Hz), however, the transmittable sound pressure p is reduced relative to the audio device of the prior art. The -3 db value is already reached at about f ₃ = 100 Hz, ie at lower frequencies than previously described.

Bei Betrachtung der Linie 4 wird deutlich, daß die Lautsprecher 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 verbessert, was auch zu einer Verbesserung der Wiedergabequalität führt.Looking at the line 4 It is clear that the speakers are now not in an area with impermissibly high diaphragm deflection operable. In the vulnerable frequency range, the membrane stroke has been significantly reduced by the effect of the high-pass filter. Above about 90 Hz, however, existing stroke reserves are better utilized than before. Basses of about 90 Hz to 160 Hz are transmitted at a higher sound pressure p without the risk of speaker damage. The efficiency of the audio device has been improved in this frequency range, which also leads to an improvement in the reproduction quality.

Das einzusetzende Hochpaßfilter ist von zweiter oder höherer Ordnung, womit die Steilheit der Filterfunktion festzulegen ist. Andererseits sollte das Hochpaßfilter vorzugsweise gering gedämpft sein (Tschebyscheff-Charakteristik), wodurch die Verschiebung des –3 db-Wertes von der Frequenz f₃ zur tieferen Frequenz f₃ erreichbar ist. Das Hochpaßfilter wird als Passiv-Filter zwischen einem Verstärker der Audio-Einrichtung und dem Lautsprecher als analoges Filter angeordnet.The high-pass filter to be used is of second or higher order, whereby the steepness of the filter function is set. On the other hand, the high-pass filter should preferably be slightly attenuated (Chebyshev characteristic), whereby the shift of the -3 db value from the frequency f ₃ to the lower frequency f ₃ can be achieved. The high-pass filter is arranged as a passive filter between an amplifier of the audio device and the speaker as an analog filter.

Mit der Erfindung wird die Haltbarkeit von Lautsprechern durch Vermeidung von mechanischer Überlastung verbessert. Sehr tiefe Tonfrequenzen f führen nicht mehr zur Überschreitung des zulässigen Membranhubes x. Auch die Frequenz von f = 0 (Gleichspannung am Lautsprechereingang), die bei Fehlern der Audio-Einrichtung auftreten kann, führt zu keiner Lautsprecherschädigung, da sie vom Hochpaßfilter eliminiert wird.With The invention is the durability of speakers by avoiding from mechanical overload improved. Very low sound frequencies f no longer lead to exceeding the permissible diaphragm stroke x. Also the frequency of f = 0 (DC voltage at the speaker input), which can occur with errors of the audio device, leads to none Speaker damage, since they are from the high-pass filter is eliminated.

Der Wirkungsgrad der Lautsprecher wird im Bereich der Resonanzfrequenz f_S verbessert, da dort bei gleichem Eingangssignal die Hubreserven der Lautsprechermembran besser ausgenutzt werden. Bässe in diesem Frequenzbereich sind damit mit höherem Schalldruck p übertragbar.The efficiency of the speakers is improved in the range of the resonant frequency f _S , since there the hub reserves of the speaker diaphragm are better utilized with the same input signal. Basses in this frequency range are thus transferable with a higher sound pressure p.

Die Überschreitung des zulässigen Hubes x der Lautsprechermembran beim Stand der Technik führt auch zu negativen Rückwirkungen im Verstärker der Audio-Einrichtung. Diese durch Überschwingen verursachten Rückwirkungen werden mit der Erfindung vermieden, wodurch sich auch die Qualität des Verstärkerausgangssignals verbessert. Letztlich werden Intermodulationsverzerrungen stark vermindert, was auch zu einer Klangverbesserung führt.The transgression the permissible Hubs x the speaker diaphragm in the prior art also leads to negative reactions in the amplifier the audio device. These repercussions caused by overshoot are avoided with the invention, which also improves the quality of the amplifier output signal improved. Ultimately, intermodulation distortions become strong reduced, 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 gehäuselos im Kraftfahrzeug eingebauten Lautsprechern ist nunmehr ein Betrieb der Audio-Anlage mit wesentlich verringerter Gefahr der Lautsprecherschädigung bei hoher Klangqualität möglich.The Invention is relatively simple and thus inexpensive realizable. It can be retrofitted to existing audio equipment or basically in new audio facilities are provided. Even with no housing in the Motor vehicle built-in speakers is now an operation of Audio system with significantly reduced risk of speaker damage high sound quality possible.

Claims

Audio device in a motor vehicle, comprising at least one audio-frequency reproducing apparatus comprising means for influencing the audio frequency response, and loudspeakers built into the motor vehicle and connected to the reproducing apparatus, which are also capable of reproducing sound frequencies (f) of less than 200 Hz by at least one second order passive high pass filter disposed between the player and the loudspeakers for influencing the input level of the loudspeakers, which is tuned to a frequency (f) near a resonant frequency (f _S ) of the loudspeakers and is designed such that it reduces the diaphragm stroke (x) of the loudspeaker and thus the sound pressure (p) to be emitted on the one hand significantly below the resonant frequency (f _S ) and on the other hand increases it in the range of the resonant frequency (f _S ).

Audio device according to claim 1, characterized in that that one Loudspeaker with high attenuation a high pass filter with low attenuation (Chebyshev filter) is to be assigned.