EP1800513A1 - Loud speaker arrangement in a motor vehicule - Google Patents

Loud speaker arrangement in a motor vehicule

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Publication number
EP1800513A1
EP1800513A1 EP05790085A EP05790085A EP1800513A1 EP 1800513 A1 EP1800513 A1 EP 1800513A1 EP 05790085 A EP05790085 A EP 05790085A EP 05790085 A EP05790085 A EP 05790085A EP 1800513 A1 EP1800513 A1 EP 1800513A1
Authority
EP
European Patent Office
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loudspeaker
arrangement according
loudspeaker arrangement
speakers
loudspeakers
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05790085A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger Opfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP1800513A1 publication Critical patent/EP1800513A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/02—Spatial or constructional arrangements of loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2440/00—Bending wave transducers covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2440/01—Acoustic transducers using travelling bending waves to generate or detect sound
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a loudspeaker arrangement in a motor vehicle.
  • Speaker arrangements in a motor vehicle have been known for a long time and serve primarily for the emission of audio signals.
  • the audio sources are, for example, radios, CD, MP3 or DVD players.
  • the speakers are increasingly used for emitting acoustic information, for example, a navigation system and / or a parking assistance system.
  • Conventional loudspeakers in a motor vehicle are constructed as electrodynamic loudspeakers with permanent magnets. These are relatively bulky and heavy, which often leads to compromises between installation location and radiation characteristics due to the limited space in a motor vehicle.
  • a method for improving the communication in a vehicle wherein the voice signals of the occupants of a vehicle are recorded individually for each occupant via a microphone assigned to him within the framework of his seat, wherein the recorded voice signals are separated for each occupant amplified in an input stage and filtered for start level minimization and frequency adjustment, wherein the amplified and filtered voice signals of each occupant for splitting on the output channels and thus to the distribution on the individual components of a speaker consisting of speech output device, depending on the local assignment of the microphone in the vehicle, via which the speech signal was recorded and in dependence on the local assignment of each individual speaker of the speech output device in the vehicle, via which the speech signal is to be output, via a summation and distribution stage an individual for each output channel signal processing in the form of a time correction and a level differentiation is subjected and the assignment of the individually processed for each output channel speech signal to the individual output channels and thus to the individual speakers of the speech output device takes place via a matching stage in which via a
  • the microphones can be designed as directional microphones. Furthermore, a use as a telephone device with free allocation of participants within the vehicle is proposed. When used in the context of telephone processes, a conversation can be assigned, for example, to every seat and thus to every occupant due to the structure of the device. The playback can be controlled via selected speakers, so that even selected occupants of the vehicle can be involved in the telephone conversation. At the same time, listening in certain places can be restricted. This happens because the incoming signal is switched to appropriately selected speakers and treated as a fictional or virtual voice source. The outgoing signal or signals are subjected to the same process as the signal used for internal communication. A spin-off of certain places or areas from both the recording and the playback side can also be set via the operating units of the control unit.
  • an acoustic element comprising at least two porous layers which are electrically conductive or metallized on one side.
  • an insulated plastic layer is arranged, which is preferably formed in two layers, wherein between the two layers is a metallic coating over which the plastic layer is rechargeable to a certain electrical potential.
  • the plastic layer is connected to the porous layers. Between two such interfaces is an air gap between the porous layers and the plastic layer.
  • the invention is based on the technical problem of creating a loudspeaker arrangement in a motor vehicle, which is better adapted to the structural conditions in a motor vehicle.
  • the at least one speaker is designed as an electrostatic surface speaker.
  • This has the advantage over conventional electrodynamic loudspeakers that it is extremely flat and therefore, and due to the materials used, it is easy to bend, which simplifies integration into motor vehicle moldings.
  • Another advantage is that the non-actively controlled surface loudspeaker for high frequencies of, for example, greater than IkHz automatically acts as a damper and thus dampens disturbing noises.
  • the loudspeaker arrangement is formed from at least two adjacent surface loudspeakers, which can be controlled by means of different complex transmission functions for setting a radiation characteristic.
  • the emission characteristic can be significantly improved, especially at low frequencies, since otherwise it comes at low frequencies to sidelobes, which lead to a crosstalk to adjacent vehicle seats.
  • a directional loudspeaker can be set over the entire audio frequency by means of the complex transmission functions. This is particularly advantageous if intentionally only information for a person to be radiated, for example, acoustic directions of a navigation system.
  • the complex transfer functions can be permanently set or changed adaptively in order to set a radiation characteristic which is adapted to the respective conditions with regard to the opening angle and / or direction.
  • a directional loudspeaker is understood to mean an acoustic source which radiates differently in different spatial directions, the orientation with the strongest radiation (main lobe) being designated by an angle of 0 °.
  • the quality of a directional or directional loudspeaker is generally determined by the areal extent of the radiator in comparison to the wavelength of the considered frequency.
  • a possible definition of the directional loudspeaker according to the invention is that for frequencies whose wavelength is smaller than the extension of the radiator vertical to the alignment of the radiator, all sidelobes of the directional characteristic above 45 ° are deviating from the orientation of the radiator by at least -10 dB smaller.
  • the various area loudspeakers are arranged concentrically around one another, so that a radiation characteristic symmetrical about the emission direction is adjustable, which can have a very small opening angle.
  • the surface speakers are either formed as rings or as rectangles or squares, which are arranged around each other.
  • the area loudspeakers can be arranged in strips next to each other, so that at least one lateral crosstalk is prevented. The advantage of this arrangement is the simple structure.
  • At least two adjacently arranged area loudspeakers can optionally be operated as stereo loudspeakers or as directional loudspeakers.
  • the user can select whether he would like to have a stereo sound, for example, in music playback or a good directional characteristics, so as not to disturb the other vehicle occupants.
  • the loudspeaker arrangement comprises at least one second loudspeaker, wherein a crosstalk from the first loudspeaker to the second loudspeaker can be determined and / or detected, wherein the second loudspeaker can be controlled with a signal in phase opposition to crosstalk.
  • the first loudspeaker is associated, for example, with the driver and the second loudspeaker, for example, with the front passenger, wherein the first and / or second loudspeaker can each be formed by a plurality of surface loudspeakers, so that in particular the improvement of the emission characteristic can be combined with the ANC.
  • Crosstalk can be determined in advance. If the emission characteristic or transfer function is known, the crosstalk to the second loudspeaker can be calculated from the transmitted signal of the first loudspeaker. In a preferred embodiment, however, the crosstalk is detected. At least one microphone is used for this purpose. In this case, a further advantageous property of the electrostatic loudspeaker can be further exploited, namely that they can be operated relatively easily as a microphone. If no signal voltage is actively applied to the porous layers, then a sound wave leads to a deflection of the plastic layer, which results in a voltage change at the electrodes of the porous layers, which can be tapped off as signal voltage. Therefore, it is possible to operate the speakers alternately as microphones.
  • the surface speakers are integrated in the headliner, since there is relatively much space for the flat speakers.
  • the directional microphones and / or directional loudspeakers are integrated in the headliner by means of a removable frame, wherein the two panel sides of a directional loudspeaker and / or directional microphone may possibly have different motifs. It is exploited that the electrostatic panels are symmetrical. By means of the different motifs, for example, one motif can be adapted to the headliner, whereas the other motif has a child's decor.
  • the headliner itself is formed from the panel material of the surface speakers. By appropriate structuring areas of the panel can then be defined as speakers, microphones or leads. As a result, the headliner is a multi-functional element.
  • the porous layer is then formed as an insulator, which is metallized on the plastic layer side facing. As a result, there is no voltage at the passenger compartment side facing the headliner.
  • At least one bending wave loudspeaker is integrated in the headliner, which can preferably be switched on or off as needed.
  • the user can, for example, select the bending wave loudspeakers for playing music, while exploiting the directional characteristics of the surface loudspeakers when supporting a verbal communication.
  • the surface loudspeakers are associated with a crossover, the frequency components less than 250 Hz, preferably less than 200 Hz, are output in phase to all surface speakers, more preferably, the crossover is switched on or off.
  • the crossover is switched on or off.
  • switched crossover then the sound pressure for low frequencies can be increased, which may be desirable for music playback.
  • switched off crossover however, as described above, the directional characteristics of the speakers can be adjusted, for example, by choosing different complex transfer functions.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a plurality of strip-shaped surface-mounted speakers
  • Fig. 2 is a schematic representation of two surface speakers for a
  • ANC and Fig. 3 is a schematic representation of an integration in the headliner.
  • a loudspeaker arrangement 1 is shown schematically in a motor vehicle.
  • the loudspeaker arrangement 1 comprises a plurality of strip-side electrostatic area loudspeakers LS 1.1-LS 1.6, which are arranged adjacent to one another and are associated with a region of the motor vehicle, for example the driver's seat.
  • the surface loudspeakers LS 1.1 - LS 1.6 are each preceded by a filter function H1 (f) - H6 (f), which are supplied with the same signal s.
  • a filter function H1 (f) - H6 (f) By suitable choice of the complex filter functions H1 (f) - H6 (f), a beamforming can be achieved by means of which one can suppress side lobes in one direction. In the example shown, the right side lobe is suppressed to the passenger seat.
  • the complex filter functions H1 (f) - H6 (f) can be pivoted, the main lobe, so that thereby an alignable directional speaker is realized.
  • the arrangement comprises a first area loudspeaker 1, which is associated, for example, with the driver's seat, and a second area loudspeaker 2, which is associated, for example, with the passenger seat. It is assumed that the surface speaker 1 emits a useful signal, which leads to a crosstalk in the passenger seat. This crosstalk is symbolized by the sinusoidal solid wave.
  • a processor 3 calculates, based on a known transfer function H FB from the driver to the passenger seat and the radiated useful signal, what the crosstalk looks like and controls the second surface speaker with the anti-phase crosstalk signal (shown in phantom), so that it comes to extinction in the ideal case.
  • FIG. 3 shows schematically how the electrostatic loudspeakers L and microphones M are integrated in a headliner 4.
  • the headliner 4 itself consists of the panel material, wherein the outer surface 5 of a porous layer forms the visible part of the headliner 4.
  • the electrical leads are defined so that areas are defined that work as speakers or as a microphone. It should be noted that, if below the motor vehicle was mentioned, this includes in addition to automobiles of all types and sizes and aircraft, trains and the like.

Abstract

The invention relates to a loud speaker arrangement in a motor vehicle, comprising at least one loud speaker which can be controlled by an audio-processor. The loud speaker is embodied as at least one electrostatic flat loud speaker (LS1.1 - LS1.6; 1; 2).

Description

L a u t s p re c h e ra n o rd n u n g i n e i n e m K ra ftf a h rze u gL o u t c o n t i o n c e m e n t i o n c e m a n c e m e n ts
Die Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a loudspeaker arrangement in a motor vehicle.
Lautsprecheranordnungen in einem Kraftfahrzeug sind seit langem bekannt und dienen primär der Abstrahlung von Audiosignalen. Die Audio-Signalquellen sind beispielsweise Radios, CD-, MP3- oder DVD-Player. Darüber hinaus werden die Lautsprecher verstärkt zum Abstrahlen von akustischen Informationen beispielsweise eines Navigationssystems und/oder eines Einparkhilfe-Assistenzsystems verwendet.Speaker arrangements in a motor vehicle have been known for a long time and serve primarily for the emission of audio signals. The audio sources are, for example, radios, CD, MP3 or DVD players. In addition, the speakers are increasingly used for emitting acoustic information, for example, a navigation system and / or a parking assistance system.
Herkömmliche Lautsprecher in einem Kraftfahrzeug sind als elektrodynamische Lautsprecher mit Permanentmagneten aufgebaut. Diese sind relativ voluminös und schwer, was aufgrund des begrenzten Bauraums in einem Kraftfahrzeug häufig zu Kompromissen zwischen Einbauort und Abstrahlcharakteristik führt.Conventional loudspeakers in a motor vehicle are constructed as electrodynamic loudspeakers with permanent magnets. These are relatively bulky and heavy, which often leads to compromises between installation location and radiation characteristics due to the limited space in a motor vehicle.
Aus der JP 2004 056 564 A ist ein Flächen-Lautsprecher bekannt, der hinter dem Dachhimmel angeordnet ist, so dass hinsichtlich Größe und Form ein größerer Freiheitsgrad besteht.From JP 2004 056 564 A a surface speaker is known, which is arranged behind the headliner, so that there is a greater degree of freedom in terms of size and shape.
Aus der DE 199 58 836 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Kommunikation in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Sprachsignale der Insassen eines Fahrzeugs für jeden Insassen einzeln über ein ihm im Rahmen seines Sitzplatzes zugeordnetes Mikrofon aufgenommen werden, wobei die aufgenommenen Sprachsignale für jeden Insassen getrennt in einer Eingangsstufe verstärkt und zur Startpegelminimierung und Frequenzanpassung gefiltert werden, wobei die verstärkten und gefilterten Sprachsignale jedes einzelnen Insassen zur Aufteilung auf die Ausgangskanäle und damit zur Aufteilung auf die einzelnen Komponenten einer aus Lautsprechern bestehenden Sprachausgabeeinrichtung, in Abhängigkeit der örtlichen Zuordnung des Mikrofons im Fahrzeug, über welches das Sprachsignal aufgenommen wurde und in Abhängigkeit der örtlichen Zuordnung jedes einzelnen Lautsprechers der Sprachausgabeeinrichtung im Fahrzeug, über die das Sprachsignal ausgegeben werden soll, über eine Summier- und Verteilstufe einer für jeden Ausgangskanal individuellen Signalverarbeitung in Form einer Laufzeitkorrektur und einer Pegeldifferenzierung unterzogen wird und die Zuordnung des für jeden Ausgangskanal individuell verarbeiteten Sprachsignals zu den einzelnen Ausgangskanälen und damit zu den einzelnen Lautsprechern der Sprachausgabeeinrichtung über eine Anpassstufe erfolgt, in der über eine Pegelanpassung und eine Frequenzanpassung eine auf jeden Ausgangskanal und damit auf jeden Lautsprecher der Sprachausgabeeinrichtung abgestimmte Anpassung des jeweiligen Sprachsignals an die räumlichen Bedingungen des Fahrzeugs und die gewünschte Lautstärke erfolgt. Die Mikrofone können dabei als Richtmikrofone ausgebildet sein. Weiter wird eine Nutzung als Telefoneinrichtung mit freier Zuordnung der Teilnehmer innerhalb des Fahrzeuges vorgeschlagen. Bei einer Nutzung im Rahmen von Telefonprozessen kann aufgrund der Struktur der Vorrichtung ein Gespräch beispielsweise jedem Platz und damit jedem Insassen zugeordnet werden. Die Wiedergabe kann dabei gesteuert über ausgewählte Lautsprecher erfolgen, so dass auch ausgewählte Insassen des Fahrzeuges am Telefongespräch beteiligt werden können. Gleichzeitig kann das Mithören an bestimmten Plätzen eingeschränkt werden. Das geschieht dadurch, dass das ankommende Signal auf entsprechend ausgewählte Lautsprecher geschaltet und als fiktive bzw. virtuelle Sprachquelle behandelt wird. Das oder die abgehenden Signale werden dem gleichen Prozess unterzogen wie das Signal, welches für die interne Kommunikation genutzt wird. Eine Ausgliederung bestimmter Plätze oder Bereiche sowohl von der Aufnahme- als auch von der Wiedergabeseite kann ebenfalls über die Bedieneinheiten der Steuereinheit eingestellt werden.From DE 199 58 836 A1 a method for improving the communication in a vehicle is known, wherein the voice signals of the occupants of a vehicle are recorded individually for each occupant via a microphone assigned to him within the framework of his seat, wherein the recorded voice signals are separated for each occupant amplified in an input stage and filtered for start level minimization and frequency adjustment, wherein the amplified and filtered voice signals of each occupant for splitting on the output channels and thus to the distribution on the individual components of a speaker consisting of speech output device, depending on the local assignment of the microphone in the vehicle, via which the speech signal was recorded and in dependence on the local assignment of each individual speaker of the speech output device in the vehicle, via which the speech signal is to be output, via a summation and distribution stage an individual for each output channel signal processing in the form of a time correction and a level differentiation is subjected and the assignment of the individually processed for each output channel speech signal to the individual output channels and thus to the individual speakers of the speech output device takes place via a matching stage in which via a level adjustment and a frequency adjustment on each output channel and thus on each speaker of the speech output device tuned adaptation of the respective speech signal to the spatial conditions of the vehicle and the desired volume. The microphones can be designed as directional microphones. Furthermore, a use as a telephone device with free allocation of participants within the vehicle is proposed. When used in the context of telephone processes, a conversation can be assigned, for example, to every seat and thus to every occupant due to the structure of the device. The playback can be controlled via selected speakers, so that even selected occupants of the vehicle can be involved in the telephone conversation. At the same time, listening in certain places can be restricted. This happens because the incoming signal is switched to appropriately selected speakers and treated as a fictional or virtual voice source. The outgoing signal or signals are subjected to the same process as the signal used for internal communication. A spin-off of certain places or areas from both the recording and the playback side can also be set via the operating units of the control unit.
Aus der WO 99/56498 ist ein akustisches Element bekannt, umfassend mindestens zwei poröse Schichten, die elektrisch leitend oder an einer Seite metallisiert sind. Zwischen den zwei porösen Schichten ist eine isolierte Kunststoffschicht angeordnet, die vorzugsweise zweilagig ausgebildet ist, wobei zwischen den beiden Lagen eine metallische Beschichtung ist, über die die Kunststoffschicht auf ein bestimmtes elektrisches Potential aufladbar ist. An bestimmten Stellen ist die Kunststoffschicht mit den porösen Schichten verbunden. Zwischen zwei solchen Nahtstellen ist ein Luftspalt zwischen den porösen Schichten und der Kunststoffschicht. Durch Anlegen eines Signals an mindestens eine poröse Schicht wird dann die Kunststoffschicht in Schwingung versetzt, wobei vorzugsweise auch die andere poröse Schicht mit dem gegenphasigen Signal beaufschlagt wird. Diese Anordnung stellt einen elektrostatischen Flächen-Lautsprecher dar.From WO 99/56498 an acoustic element is known comprising at least two porous layers which are electrically conductive or metallized on one side. Between the two porous layers, an insulated plastic layer is arranged, which is preferably formed in two layers, wherein between the two layers is a metallic coating over which the plastic layer is rechargeable to a certain electrical potential. At certain points, the plastic layer is connected to the porous layers. Between two such interfaces is an air gap between the porous layers and the plastic layer. By applying a signal to at least one porous layer, the plastic layer is then caused to oscillate, wherein preferably also the other porous layer is subjected to the antiphase signal. This arrangement represents an electrostatic surface speaker.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die besser an die baulichen Gegebenheiten in einem Kraftfahrzeug angepasst ist.The invention is based on the technical problem of creating a loudspeaker arrangement in a motor vehicle, which is better adapted to the structural conditions in a motor vehicle.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierzu ist der mindestens eine Lautsprecher als elektrostatischer Flächen-Lautsprecher ausgebildet. Dieser weist gegenüber herkömmlichen elektrodynamischen Lautsprechern den Vorteil auf, dass dieser äußerst flach ist und daher und aufgrund der verwendeten Materialien gut biegbar ist, wodurch die Einbindung in Kraftfahrzeugformteile vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass der nicht aktiv angesteuerte Flächen-Lautsprecher für hohe Frequenzen von beispielsweise größer IkHz automatisch als Dämpfer wirkt und so störende Geräusche dämpft.The solution of the technical problem results from the subject matter with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. For this purpose, the at least one speaker is designed as an electrostatic surface speaker. This has the advantage over conventional electrodynamic loudspeakers that it is extremely flat and therefore, and due to the materials used, it is easy to bend, which simplifies integration into motor vehicle moldings. Another advantage is that the non-actively controlled surface loudspeaker for high frequencies of, for example, greater than IkHz automatically acts as a damper and thus dampens disturbing noises.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Lautsprecheranordnung aus mindestens zwei benachbarten Flächen-Lautsprechern gebildet, die mittels unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen zur Einstellung einer Abstrahlcharakteristik ansteuerbar sind. Hierdurch kann die Abstrahlcharakteristik insbesondere bei tiefen Frequenzen erheblich verbessert werden, da es ansonsten bei tiefen Frequenzen zu Nebenkeulen kommt, die zu einem Übersprechens zu benachbarten Fahrzeugsitzen führen. Mittels der komplexen Übertragungsfunktionen kann hingegen ein Richt-Lautsprecher über die gesamte Audio- Frequenz eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn gezielt nur Informationen für eine Person abgestrahlt werden sollen, beispielsweise akustische Fahrtrichtungshinweise eines Navigationssystems. Dabei können die komplexen Übertragungsfunktionen fest eingestellt werden oder aber adaptiv geändert werden, um eine den jeweiligen Gegebenheiten angepasste Abstrahlcharakteristik hinsichtlich Öffnungswinkel und/oder Richtung einzustellen. Unter einem Richtlautsprecher wird dabei eine akustische Quelle verstanden, die in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedlich abstrahlt, wobei die Ausrichtung mit der stärksten Abstrahlung (Hauptkeule) mit einem Winkel von 0° bezeichnet wird. Die Güte eines Richtstrahlers bzw. Richtlautsprechers wird im allgemeinen durch die flächige Ausdehnung des Strahlers im Vergleich zur Wellenlänge der betrachteten Frequenz bestimmt. Eine mögliche Definition des erfindungsgemäßen Richtlautsprechers ist, dass für Frequenzen, deren Wellenlänge kleiner als die Ausdehnung des Strahlers vertikal zur Ausrichtung des Strahlers ist, alle Nebenkeulen der Richtcharakteristik oberhalb von 45 ° abweichend von der Ausrichtung des Strahlers um mindestens -10 dB kleiner sind.In a further embodiment, the loudspeaker arrangement is formed from at least two adjacent surface loudspeakers, which can be controlled by means of different complex transmission functions for setting a radiation characteristic. In this way, the emission characteristic can be significantly improved, especially at low frequencies, since otherwise it comes at low frequencies to sidelobes, which lead to a crosstalk to adjacent vehicle seats. By contrast, a directional loudspeaker can be set over the entire audio frequency by means of the complex transmission functions. This is particularly advantageous if intentionally only information for a person to be radiated, for example, acoustic directions of a navigation system. In this case, the complex transfer functions can be permanently set or changed adaptively in order to set a radiation characteristic which is adapted to the respective conditions with regard to the opening angle and / or direction. A directional loudspeaker is understood to mean an acoustic source which radiates differently in different spatial directions, the orientation with the strongest radiation (main lobe) being designated by an angle of 0 °. The quality of a directional or directional loudspeaker is generally determined by the areal extent of the radiator in comparison to the wavelength of the considered frequency. A possible definition of the directional loudspeaker according to the invention is that for frequencies whose wavelength is smaller than the extension of the radiator vertical to the alignment of the radiator, all sidelobes of the directional characteristic above 45 ° are deviating from the orientation of the radiator by at least -10 dB smaller.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die verschiedenen Flächen-Lautsprecher konzentrisch umeinander angeordnet, so dass eine um die Abstrahlrichtung symmetrische Abstrahlcharakteristik einstellbar ist, die einen sehr geringen Öffnungswinkel aufweisen kann. Hierzu sind die Flächen-Lautsprecher entweder als Ringe ausgebildet oder als Rechtecke bzw. Quadrate, die umeinander angeordnet sind. Alternativ können die Flächen-Lautsprecher streifenförmig nebeneinander angeordnet werden, so dass mindestens ein seitliches Übersprechen verhindert wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist der einfache Aufbau.In a preferred embodiment, the various area loudspeakers are arranged concentrically around one another, so that a radiation characteristic symmetrical about the emission direction is adjustable, which can have a very small opening angle. For this purpose, the surface speakers are either formed as rings or as rectangles or squares, which are arranged around each other. Alternatively, the area loudspeakers can be arranged in strips next to each other, so that at least one lateral crosstalk is prevented. The advantage of this arrangement is the simple structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können mindestens zwei nebeneinander angeordnete Flächen-Lautsprecher wahlweise als Stereo-Lautsprecher oder als Richtlautsprecher betrieben werden. Dabei kann der Nutzer auswählen, ob dieser beispielsweise bei Musikwiedergaben lieber einen Stereo-Klang haben möchte oder eine gute Richtcharakteristik, um die anderen Fahrzeuginsassen nicht zu stören.In a further preferred embodiment, at least two adjacently arranged area loudspeakers can optionally be operated as stereo loudspeakers or as directional loudspeakers. In this case, the user can select whether he would like to have a stereo sound, for example, in music playback or a good directional characteristics, so as not to disturb the other vehicle occupants.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lautsprecheranordnung mindestens einen zweiten Lautsprecher, wobei ein Übersprechen von dem ersten Lautsprecher zu dem zweiten Lautsprecher ermittelbar und/oder erfassbar ist, wobei der zweite Lautsprecher mit einem zum Übersprechen gegenphasigen Signal ansteuerbar ist. Dies entspricht dem Grundprinzip der Active Noise Cancelation ANC, die in Theorie und Praxis bestens bekannt ist. Dabei ist der erste Lautsprecher beispielsweise dem Fahrer und der zweite Lautsprecher beispielsweise dem Beifahrer zugeordnet, wobei der erste und/oder zweite Lautsprecher jeweils durch mehrere Flächen-Lautsprecher gebildet sein können, so dass insbesondere die Verbesserung der Abstrahlcharakteristik mit der ANC kombiniert werden können.In a further preferred embodiment, the loudspeaker arrangement comprises at least one second loudspeaker, wherein a crosstalk from the first loudspeaker to the second loudspeaker can be determined and / or detected, wherein the second loudspeaker can be controlled with a signal in phase opposition to crosstalk. This corresponds to the basic principle of Active Noise Cancellation ANC, which is well known in theory and practice. In this case, the first loudspeaker is associated, for example, with the driver and the second loudspeaker, for example, with the front passenger, wherein the first and / or second loudspeaker can each be formed by a plurality of surface loudspeakers, so that in particular the improvement of the emission characteristic can be combined with the ANC.
Das Übersprechen kann vorab bestimmt werden bzw. geschätzt werden. Ist die Abstrahlcharakteristik bzw. Übertragungsfunktion bekannt, kann aus dem gesendeten Signal des ersten Lautsprechers das Übersprechen auf den zweiten Lautsprecher berechnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch das Übersprechen erfasst. Hierzu dient mindestens ein Mikrofon. Dabei kann weiter vorzugsweise eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der elektrostatischen Lautsprecher ausgenutzt werden, nämlich dass diese relativ einfach auch als Mikrofon betrieben werden können. Wird an die porösen Schichten keine Signalspannung aktiv angelegt, so führt eine Schallwelle zu einer Auslenkung der Kunststoffschicht, die eine Spannungsänderung an den Elektroden der porösen Schichten zur Folge hat, die als Signalspannung abgreifbar ist. Daher ist es möglich, die Lautsprecher wechselweise auch als Mikrofone zu betrieben.Crosstalk can be determined in advance. If the emission characteristic or transfer function is known, the crosstalk to the second loudspeaker can be calculated from the transmitted signal of the first loudspeaker. In a preferred embodiment, however, the crosstalk is detected. At least one microphone is used for this purpose. In this case, a further advantageous property of the electrostatic loudspeaker can be further exploited, namely that they can be operated relatively easily as a microphone. If no signal voltage is actively applied to the porous layers, then a sound wave leads to a deflection of the plastic layer, which results in a voltage change at the electrodes of the porous layers, which can be tapped off as signal voltage. Therefore, it is possible to operate the speakers alternately as microphones.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Flächen-Lautsprecher in dem Dachhimmel integriert, da dort relativ viel Bauraum für die flachen Lautsprecher ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Richtmikrofone und/oder Richtlautsprecher mittels eines Wechselrahmens in dem Dachhimmel integriert, wobei die beiden Panel-Seiten eines Richtlautsprechers und/oder Richtmikrofons gegebenenfalls unterschiedliche Motive aufweisen können. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrostatischen Panels symmetrisch aufgebaut sind. Mittels der unterschiedlichen Motive kann beispielsweise ein Motiv an den Dachhimmel angepasst sein, wohingegen das andere Motiv ein Kinder-Dekor aufweist.In a further preferred embodiment, the surface speakers are integrated in the headliner, since there is relatively much space for the flat speakers. In a further preferred embodiment, the directional microphones and / or directional loudspeakers are integrated in the headliner by means of a removable frame, wherein the two panel sides of a directional loudspeaker and / or directional microphone may possibly have different motifs. It is exploited that the electrostatic panels are symmetrical. By means of the different motifs, for example, one motif can be adapted to the headliner, whereas the other motif has a child's decor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Dachhimmel selbst aus dem Panel- Material der Flächen-Lautsprecher ausgebildet. Durch entsprechende Strukturierungen können dann Bereiche des Panels als Lautsprecher, Mikrofone oder Zuleitungen definiert werden. Hierdurch wird der Dachhimmel zu einem Multifunktionselement. Vorzugsweise wird dann die poröse Schicht als Isolator ausgebildet, die an der der Kunststoffschicht zugewandten Seite metallisiert ist. Hierdurch liegt an der der Fahrgastzelle zugewandten Seite des Dachhimmels keine Spannung an.In a further preferred embodiment, the headliner itself is formed from the panel material of the surface speakers. By appropriate structuring areas of the panel can then be defined as speakers, microphones or leads. As a result, the headliner is a multi-functional element. Preferably, the porous layer is then formed as an insulator, which is metallized on the plastic layer side facing. As a result, there is no voltage at the passenger compartment side facing the headliner.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Dachhimmel mindestens ein Biegewellen-Lautsprecher integriert, der vorzugsweise bedarfsweise zu- oder abgeschaltet werden kann. Hierdurch kann der Nutzer beispielsweise zum Abspielen von Musik die Biegewellen-Lautsprecher auswählen, hingegen bei einer Unterstützung einer verbalen Kommunikation die Richtcharakteristik der Flächen-Lautsprecher ausnutzen.In a further preferred embodiment, at least one bending wave loudspeaker is integrated in the headliner, which can preferably be switched on or off as needed. As a result, the user can, for example, select the bending wave loudspeakers for playing music, while exploiting the directional characteristics of the surface loudspeakers when supporting a verbal communication.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist den Flächen-Lautsprechern eine Frequenzweiche zugeordnet, wobei die Frequenzanteile kleiner 250 Hz, vorzugsweise kleiner 200 Hz, in Phase auf alle Flächen-Lautsprecher ausgegeben werden, wobei weiter vorzugsweise die Frequenzweiche zu- oder abschaltbar ist. Bei zugeschalteter Frequenzweiche kann dann der Schalldruck für tiefe Frequenzen erhöht werden, was für Musikwiedergaben wünschenswert sein kann. Bei abgeschalteter Frequenzweiche kann hingegen wie zuvor beschrieben die Richtcharakteristik der Lautsprecher eingestellt werden, beispielsweise durch die Wahl unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen.In a further preferred embodiment, the surface loudspeakers are associated with a crossover, the frequency components less than 250 Hz, preferably less than 200 Hz, are output in phase to all surface speakers, more preferably, the crossover is switched on or off. When switched crossover then the sound pressure for low frequencies can be increased, which may be desirable for music playback. When switched off crossover, however, as described above, the directional characteristics of the speakers can be adjusted, for example, by choosing different complex transfer functions.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. The figures show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung mehrerer streifenförmig angeordneter Flächen-Lautsprecher, Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier Flächen-Lautsprecher für ein1 is a schematic representation of a plurality of strip-shaped surface-mounted speakers, Fig. 2 is a schematic representation of two surface speakers for a
ANC und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Integration im Dachhimmel.ANC and Fig. 3 is a schematic representation of an integration in the headliner.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Lautsprecheranordnung 1 in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Die Lautsprecheranordnung 1 umfasst mehrere streifenförmig nebeneinander angeordnete elektrostatische Flächen-Lautsprecher LS 1.1 - LS 1.6, die einem Bereich des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind, beispielsweise dem Fahrersitz. Den Flächen- Lautsprechern LS 1.1 - LS 1.6 sind jeweils eine Filterfunktion H1 (f) - H6 (f) vorgeschaltet, die mit dem gleichen Signal s beaufschlagt werden. Durch geeignete Wahl der komplexen Filterfunktionen H1 (f) - H6 (f) kann ein Beamforming erreicht werden, mittels dessen man Nebenkeulen in einer Richtung unterdrücken kann. Im dargestellten Beispiel ist dabei die rechte Nebenkeule zum Beifahrersitz unterdrückt. Durch Veränderung der komplexen Filterfunktionen H1 (f) - H6 (f) kann dabei die Hauptkeule verschwenkt werden, so dass hierdurch ein ausrichtbarer Richtlautsprecher realisiert wird.In Fig. 1, a loudspeaker arrangement 1 is shown schematically in a motor vehicle. The loudspeaker arrangement 1 comprises a plurality of strip-side electrostatic area loudspeakers LS 1.1-LS 1.6, which are arranged adjacent to one another and are associated with a region of the motor vehicle, for example the driver's seat. The surface loudspeakers LS 1.1 - LS 1.6 are each preceded by a filter function H1 (f) - H6 (f), which are supplied with the same signal s. By suitable choice of the complex filter functions H1 (f) - H6 (f), a beamforming can be achieved by means of which one can suppress side lobes in one direction. In the example shown, the right side lobe is suppressed to the passenger seat. By changing the complex filter functions H1 (f) - H6 (f) can be pivoted, the main lobe, so that thereby an alignable directional speaker is realized.
In der Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie zusätzlich oder alternativ das Übersprechen reduziert werden kann. Die Anordnung umfasst einen ersten Flächen-Lautsprecher 1, der beispielsweise dem Fahrersitz zugeordnet ist, und einen zweiten Flächen-Lautsprecher 2, der beispielsweise dem Beifahrersitz zugeordnet ist. Dabei sei angenommen, dass der Flächen-Lautsprecher 1 ein Nutzsignal abstrahlt, was zu einem Übersprechen am Beifahrersitz führt. Dieses Übersprechen ist durch die sinusförmige durchgezogene Welle symbolisiert. Ein Prozessor 3 berechnet anhand einer bekannten Übertragungsfunktion HFB vom Fahrer- zum Beifahrersitz und dem abgestrahlten Nutzsignal, wie das Übersprechen aussieht und steuert den zweiten Flächen-Lautsprecher mit dem gegenphasigen Übersprechsignal (gestrichelt dargestellt) an, so dass es im Idealfall zur Auslöschung kommt.2 shows schematically how additionally or alternatively the crosstalk can be reduced. The arrangement comprises a first area loudspeaker 1, which is associated, for example, with the driver's seat, and a second area loudspeaker 2, which is associated, for example, with the passenger seat. It is assumed that the surface speaker 1 emits a useful signal, which leads to a crosstalk in the passenger seat. This crosstalk is symbolized by the sinusoidal solid wave. A processor 3 calculates, based on a known transfer function H FB from the driver to the passenger seat and the radiated useful signal, what the crosstalk looks like and controls the second surface speaker with the anti-phase crosstalk signal (shown in phantom), so that it comes to extinction in the ideal case.
In der Fig. 3 ist nun schematisch dargestellt, wie die elektrostatischen Lautsprecher L und Mikrofone M in einem Dachhimmel 4 integriert sind. Der Dachhimmel 4 selbst besteht aus dem Panel-Material, wobei die äußere Fläche 5 der einen porösen Schicht den sichtbaren Teil des Dachhimmels 4 bildet. Mittels einer Schablone oder ähnlicher Lithographie- Verfahren werden die elektrischen Zuleitungen definiert, so dass Bereiche definiert werden, die als Lautsprecher oder als Mikrofon arbeiten. Dabei sei angemerkt, dass, wenn nachfolgend vom Kraftfahrzeug die Rede war, dies neben Automobilen aller Art und Größe auch Flugzeuge, Züge und ähnliches einschließt. FIG. 3 shows schematically how the electrostatic loudspeakers L and microphones M are integrated in a headliner 4. The headliner 4 itself consists of the panel material, wherein the outer surface 5 of a porous layer forms the visible part of the headliner 4. By means of a template or similar lithography method, the electrical leads are defined so that areas are defined that work as speakers or as a microphone. It should be noted that, if below the motor vehicle was mentioned, this includes in addition to automobiles of all types and sizes and aircraft, trains and the like.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1) Lautsprecheranordnung in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Lautsprecher, der von einem Audio-Prozessor ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher als mindestens ein elektrostatischer Flächen-Lautsprecher (LS1.1 -1) loudspeaker arrangement in a motor vehicle, comprising at least one loudspeaker, which can be controlled by an audio processor, characterized in that the loudspeaker as at least one electrostatic surface loudspeaker (LS1.1 -
LS1.6; 1 ; 2) ausgebildet ist.LS1.6; 1 ; 2) is formed.
2) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprecheranordnung aus mindestens zwei benachbarten Flächen-Lautsprechern (LS 1.1 - LS 1.6) ausgebildet ist, die mittels unterschiedlicher komplexer Übertragungsfunktionen (H1 (f) - H6 (f)) zur Einstellung einer Abstrahlcharakteristik ansteuerbar sind.2) loudspeaker arrangement according to claim 1, characterized in that the loudspeaker arrangement of at least two adjacent area speakers (LS 1.1 - LS 1.6) is formed by means of different complex transfer functions (H1 (f) - H6 (f)) for setting a radiation characteristic are controllable.
3) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen-Lautsprecher (LS 1.1 - LS 1.6) konzentrisch zueinander angeordnet sind.3) loudspeaker arrangement according to claim 2, characterized in that the surface loudspeakers (LS 1.1 - LS 1.6) are arranged concentrically with each other.
4) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen-Lautsprecher (LS 1.1 - LS 1.6) streifenförmig nebeneinander angeordnet sind.4) loudspeaker arrangement according to claim 2, characterized in that the area loudspeakers (LS 1.1 - LS 1.6) are arranged in strips next to each other.
5) Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Lautsprecher (2) in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, ein Übersprechen von dem ersten Lautsprecher (1) zu-dem zweiten Lautsprecher (2) mit einem zum Übersprechen gegenphasigen Signal ansteuerbar ist.5) loudspeaker arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one second loudspeaker (2) is arranged in the motor vehicle, a crosstalk from the first loudspeaker (1) to the second loudspeaker (2) with a crosstalk opposite signal can be controlled is.
6) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lautsprecher (2) als elektrostatischer Flächen-Lautsprecher ausgebildet ist.6) loudspeaker arrangement according to claim 5, characterized in that the second loudspeaker (2) is designed as an electrostatic surface speaker.
7) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächen-Lautsprecher (2) als Mikrofon umschaltbar ist, um das Übersprechen vom ersten Lautsprecher (1) zu erfassen. 8) Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Lautsprecher (1 , 2) in dem Dachhimmel (4) integriert sind.7) loudspeaker arrangement according to claim 6, characterized in that the second surface speaker (2) is switchable as a microphone to detect the crosstalk from the first speaker (1). 8) loudspeaker arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second speakers (1, 2) in the headliner (4) are integrated.
9) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachhimmel (4) aus Panel-Material der Flächen-Lautsprecher ausgebildet ist.9) loudspeaker arrangement according to claim 8, characterized in that the headliner (4) is formed of panel material of the surface speaker.
10) Lautsprecheranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Panel- Material derart strukturiert ist, dass Bereiche des Panels als Lautsprecher (L), Mikrofone (M) oder Zuleitungen definiert sind.10) loudspeaker arrangement according to claim 9, characterized in that the panel material is structured such that areas of the panel as speakers (L), microphones (M) or leads are defined.
11 ) Lautsprecheranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dachhimmel (4) mindestens ein Biegewellen- Lautsprecher integriert ist.11) loudspeaker arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the headliner (4) at least one bending wave loudspeaker is integrated.
12) Lautsprecheranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass den Flächen-Lautsprechern eine Frequenzweiche zugeordnet ist, wobei die Frequenzanteile kleiner 250 Hz in Phase auf alle Flächen-Lautsprecher ausgegeben werden. 12) loudspeaker arrangement according to one of claims 2 to 11, characterized in that the surface loudspeakers is associated with a crossover, wherein the frequency components less than 250 Hz are output in phase to all surface speakers.
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