EP3152925B1 - Lautsprechersystem - Google Patents

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EP3152925B1
EP3152925B1 EP15729381.2A EP15729381A EP3152925B1 EP 3152925 B1 EP3152925 B1 EP 3152925B1 EP 15729381 A EP15729381 A EP 15729381A EP 3152925 B1 EP3152925 B1 EP 3152925B1
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EP
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sound
loudspeaker
loudspeaker system
transducers
array
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EP15729381.2A
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Christoph SLADECZEK
Daniel Beer
Andreas Franck
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R3/14—Cross-over networks
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R5/04—Circuit arrangements, e.g. for selective connection of amplifier inputs/outputs to loudspeakers, for loudspeaker detection, or for adaptation of settings to personal preferences or hearing impairments
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a loudspeaker system for a vehicle, in particular with a loudspeaker array, generally to loudspeaker arrays having a plurality of electroacoustic transducers in different arrangement configurations and to a loudspeaker loudspeaker array.
  • Future infotainment systems in vehicles and the associated speaker systems in vehicles must meet demanding tasks in complex traffic scenarios. For this purpose, an absolutely reliable function is assumed, whereby dangers in any driving situations for the driver, e.g. due to malfunction, must be excluded.
  • communication requirements and rapid information provision as well as undisturbed audio playback play an essential role. Not only vehicle noises are to be understood as disturbing signals, but also parallel consumption of different audio contents, such as the simultaneous telephoning and consuming of media content from the point of view of several passengers.
  • Such challenges require system properties that allow individual sonication to limited listening areas, so-called sound or auditory zones.
  • An example is the personalized sound (by means of sound zones) by using speakers in the immediate vicinity of the ears of the listener in the respective sound zone, eg by speaker integration in the corresponding head restraints of each car seat per listening zone.
  • Such a system with grouped loudspeakers is in the patent US 8,126,159 disclosed.
  • An advantage of this approach is the high acoustic separation from the adjacent sound zones, due to the large difference in hearing distance.
  • a disadvantage of this approach is the high interference sensitivity, eg due to head movements. This leads to a strong pear swings and significant impairment of spatial perception, eg loss of stereo images.
  • a second prior art approach relates to the personalized sound zones that may be generated using ultrasound technology.
  • Hörschall is modulated on ultrasound carriers and emitted highly focused on the hearing zones.
  • the basic requirement of this modulation principle is the emission of very high ultrasonic levels, e.g. greater than 130 dB.
  • the advantage of this approach is that the ultrasound due to the favorable ratios of wavelength to the size of the active "radiating surface", defined by the speaker size and the speaker array size, emitted more focused than frequencies of the audio frequency range.
  • a higher acoustic separation of the sound zones is possible with the same size of the speaker technology used.
  • Another state-of-the-art approach is based on so-called beamforming.
  • several speakers are used, for example, distributed in the vehicle and / or grouped into a speaker array.
  • the targeted control of each speaker a directed sound radiation, eg for individual sound zones, achieved.
  • the patent US 8,073,156 which discloses the use of line-shaped speaker arrays in a vehicle. This makes it possible to focus a sound pattern on one or more positions in the vehicle.
  • the patent document US 2012/0 121 113 discloses the use of another speaker array in a vehicle including a corresponding controller.
  • the advantage over the former approach lies in the more stable sound zone, even with head movement. Furthermore, no immediate proximity of the seating position to a speaker installation position is necessary.
  • a disadvantage is the achievable sound focusing, which often results in insufficient channel separation, in particular due to the realizable array dimensions, the achievable sound transducer distances (distance from adjacent electroacoustic transducers) and the number of transducers per array result.
  • the channel separation of previous beamforming approaches is reduced by the room-acoustic influences in the vehicle, reflections or room modes.
  • the patent discloses US 7,343,020 an automotive audio system with directional, planar transducers to create stereo or surround sound for each passenger individually.
  • the patent US 2003/0021433 discloses a speaker configuration together with a signal processor for stereo channel generation for all passengers individually by using a center speaker.
  • the object of the present invention is to provide a concept for a loudspeaker system, in particular for a vehicle loudspeaker system, which avoids the disadvantages described above and thus enables high-quality surround sound generation with good channel separation.
  • An embodiment according to a first aspect includes a speaker system for a vehicle having a speaker array.
  • the loudspeaker array comprises a plurality of electroacoustic sound transducers which can be controlled individually so that a user-specific audio signal for different users at different listening positions in a vehicle interior of the vehicle can be displayed via the plurality of electroacoustic sound transducers.
  • the loudspeaker array or, in the case of inserted sound guides, a sound outlet of the loudspeaker array is in this case in particular between at least two of the listening positions in the vehicle interior, so for example between the driver and the passenger seat arranged.
  • the embodiments of the first aspect are therefore based on the recognition that a loudspeaker system for a vehicle, in particular with regard to channel separation, e.g. when reproducing different audio content at the different listening positions, it can be improved by arranging a loudspeaker array centrally in the sense of centered on all or the relevant listening positions.
  • the loudspeaker array used may have a separate sound lobe for each listening position (or each relevant listening position), e.g. For stereo, build up several separate sound lobes per zone. Due to the central arrangement of the loudspeaker array, e.g.
  • the loudspeaker array is approximately equidistant from each relevant listening position, so that each sound lobe has similar extension and, in particular, that the sound lobes are also oriented in opposite directions with regard to their direction the channel separation is optimal especially for user-specific audio playback.
  • a preferred positioning of the loudspeaker array would be according to the embodiments in the headliner of the vehicle, in the center console, in the dashboard or in the parcel shelf, according to further exemplary embodiments is particularly important that a distance between the array and the listening positions or at least the relevant listening positions (subset of all listening positions) essentially, ie So with a different +/- 30% is the same.
  • At least one additional loudspeaker such as the customarily existing loudspeaker in the door or the mirror triangle and / or a differently positioned additional loudspeaker, may be provided.
  • the additional speaker is designed as a structure-borne sound converter.
  • the additional loudspeaker is preferably arranged closer to the user than the loudspeaker array. By such a dense arrangement, it is possible that the radiated from the additional speaker sound is almost negligible with respect to the other listening positions, since it can be used here with much lower sound levels and large level difference due to large difference in the listening distance.
  • This additional loudspeaker makes it possible to produce stereo or mono with local level boost or frequency extension (eg bass) for each listening position.
  • Stereo can also be generated with the aid of the majority of electroacoustic transducers and the loudspeaker array based on the technique of acoustic beamforming.
  • at least two beams (sound lobes) or even a stereo beam are generated per listening position.
  • the sound sources to be generated are positioned virtually in space.
  • the beams are tracked taking into account the seat adjustment and the head position of the handset, so that regardless of the seating position results in a consistently good playback impression.
  • the loudspeaker system comprises a signal processor which, for example for beamforming, individually activates the electroacoustic sound transducer and / or the additional loudspeaker (s).
  • the mean distance between the first electroacoustic transducers is smaller compared to the mean distance between the second electroacoustic transducers.
  • the first electroacoustic sound transducers are arranged in a first area region, while the second electroacoustic sound transducers are arranged in a second area region.
  • the average density of the arrangement of the first electroacoustic transducers e.g., again the small electroacoustic transducers for the treble range
  • the average density of the second electroacoustic transducers e.g., large electroacoustic transducers for the low frequency range.
  • Embodiments of this second aspect is based on the finding that the arrangement of transducers of different types in an array need not necessarily be uniformly distributed, but that it may even be advantageous if smaller transducers, which are typically used for high frequency ranges a higher "packing density" are installed, as larger transducers for lower frequency ranges, since the possibility of high-focussed radiation in the higher frequency range, but also the location for high frequency ranges is better than in the low frequency range.
  • Such a sound transducer arrangement thus offers the advantage that both a broad frequency range and a possibility for accurate sound focussing can be achieved.
  • an arrangement described above can be effected either on a line by framing at least two of the first electroacoustic sound transducers through one of the second electroacoustic transducers per side or in the two-dimensional region in a trolley.
  • third electro-acoustic sound transducers are provided which fit in a similar arrangement in the array.
  • a similar arrangement means that the mean distance between adjacent sound transducers of the same type increases with increasing sound transducer size or that the average density decreases.
  • the speaker array according to this second aspect is suitable for serving as a speaker array in the speaker system according to the first aspect. This is particularly advantageous since the addressed array arrangement with the varying packing density offers the possibility of realizing arrays with a high and adjustable directional characteristic while at the same time having a small installation space, as is required, for example, in a central arrangement in the vehicle interior.
  • a further embodiment according to a third aspect provides a loudspeaker array having a plurality of electro-acoustic sound transducers which are coupled at their sound emission surface with sound guides for sound output or for sound control, wherein each sound guide comprises a sound outlet opening.
  • the plurality of sound outlet openings is arranged so that a mean distance between the sound outlet openings is smaller than a (possible) average distance between the juxtaposed electroacoustic transducers.
  • the embodiments of this third aspect is based on the finding that in loudspeaker arrays a compact distribution of the individual sound sources, in particular with regard to the selective sound focusing in the sound radiation is to be preferred.
  • a compact distribution even with large-scale arrays eg due to of large sound transducers
  • funnel-shaped sound guides which are each coupled to an electroacoustic transducer used.
  • the sound outlet openings of the sound guides are smaller than the sound inlet openings of the sound guides, so that the sound outlet openings can be arranged as a compact field.
  • the directional characteristic for an array coupled with a plurality of sound guides can be improved.
  • the loudspeaker array according to this third aspect can be combined well with the basic idea of the loudspeaker array of the second aspect. Furthermore, use of the sound guides in loudspeaker systems of the first aspect is also possible or advantageous.
  • Fig. 1a shows a schematically illustrated vehicle interior 10 in plan view with four listening positions 12a, 12b, 12c and 12d, each defined by a seat on which the potential listener can sit.
  • the speaker system 1 for the vehicle interior 10 includes a speaker array 20 including the plurality of electro-acoustic sound transducers 20a-20h.
  • the array 20 is relatively centrally located with respect to the vehicle interior 10, with the result that the array 20 is arranged at least between two listening positions (subset of all listening positions 12a-12d), here even between the four listening positions 12a-12d is.
  • the speaker array is here, for example, the headliner, the center console, but also alternative to call the dashboard or parcel shelf.
  • the loudspeaker array 20 can be installed above or below or even at the level of the listening zones 12a-12d or the ear height of the listener.
  • the term refers centrally to all listening zones 12a-12d or at least to a subset of the listening zones 12a-12d, eg the listening zone 12a and 12b. The following will discuss the operation of the thus realized speaker system for the vehicle.
  • a sound lobe 22a-22d which is preferably aligned with the listening zones 12a-12d or at least associated therewith, is formed by the loudspeaker array per listening position 12a-12d.
  • the formation of these sound lobes 22a-22d takes place in that the sound transducers 20a-20h of the loudspeaker array 20 are controlled differently, for example taking into account so-called beamforming algorithms, which can also incorporate the radiation characteristic of the individual transducers 20a-20h and the room acoustics influences.
  • beamforming algorithms which can also incorporate the radiation characteristic of the individual transducers 20a-20h and the room acoustics influences.
  • the loudspeaker array 20 is designed to build up a separate sound lobe 22a-22d for each listening position 12a-12d. Due to the central arrangement, each sound lobe 22a-22d has opposite directions (from the center to the listening positions 12a) with respect to their orientation. 12d). In addition, (due to the central location) the speaker array 20 is approximately equidistant from each listening site 12a-12d so that each sound lobe 22a-22d has similar characteristics (e.g., amplitude and level). These two properties contribute significantly to the achieved channel separation between channels 22a-22d. An advantage of the beamforming beams 22a-22d is that the channel separation is so good that user-specific audio signals can be generated for the listening zones 12a-12c.
  • the illustrated arrangement even fulfills a second optional specification, namely that the distance between the loudspeaker array 20 and the individual listening positions 12a-12d is essentially the same, ie with a tolerance of +/- 30% ( central arrangement).
  • the central position of the array 20 also reduces disturbing influences of the room acoustics with respect to the sound zones, eg due to sound reflections on side windows.
  • the entire loudspeaker array 20 and a sound outlet of a sound guide (see. Fig. 3 ), which is coupled to the loudspeaker array, be centrally or generally positioned between at least two of the listening zones 12a-12d.
  • the sound conduction typically includes a sound conductor coupled to the respective sound transducer 20a-20h per sound transducer 20a-20h, wherein a plurality form the sound outlet of the sound conductor the sound outlet of the sound guide.
  • the actual transducer array 20 for example, for reasons of space, at a suitable location in the car (eg in the trunk) are housed and lead the sound guide the sound to the corresponding central sound outlet.
  • Fig. 1b shows the top view of the vehicle interior 10 with the four listening positions 12a-12d and the speaker array 20 of the speaker system 1.
  • the generation of stereo is explained with reference to the position 12a, but is also transferable to the other listening positions 12a-12d.
  • a double sound lobe comprising the sound lobes 22aL and 22aR is generated.
  • the sound lobes 22al and 22ar are aligned once on the left ear (22aL) and once on the right ear (22aR) of the listener at the listening position 12a.
  • the generation of sound channels per listening position 12a-12d is not limited to the number 2 for stereo. Rather, several sound lobes per listening position 12a-12d can be generated to simulate, for example, surround sound.
  • the sound lobes 22aL, 22aR, 22b, 22c and 22d depending on the sitting position, the hearing position 12a, 12b, 12c and 12d are aligned.
  • an informational coupling of the loudspeaker system to the (electric) seat adjustment would be conceivable.
  • FIG. 1c and 1d Another embodiment of the speaker system is in Fig. 1c and 1d in which the central speaker array 20 is combined with at least one auxiliary speaker or auxiliary speaker array (or generally with an auxiliary speaker system, comprising at least one auxiliary speaker).
  • Possible positions for the additional loudspeaker (s) are the A-, B-, C-pillar, the headrest or the headliner.
  • Fig. 1c shows the vehicle interior 10 (top view) with the four listening positions 12a-12d, the centrally arranged speaker array 20 of the speaker system 1 ', wherein the first listening position 12a an additional speaker 30a (here eg in the headliner, alternatively B-pillar or headrest) assigned is.
  • This additional loudspeaker 30a is located at the listening position 12a on a side facing away from the loudspeaker array 20 (here on the left) and is more preferably, but not necessarily closer to the ear than the central loudspeaker array 20. This will then also it is ensured that another optional condition, namely that the additional loudspeaker 30a is arranged closer to a listening position 12a in comparison to the other listening positions 12b-12d, is satisfied.
  • the auxiliary speaker 30a generates a sound lobe 32aL associated with one listening position 12a to one (left) ear of the listener, while the other (right) ear is sounded by the sound lobe 22aR (generated by the speaker array 20).
  • the auxiliary loudspeaker 30a is not limited to stereo, so the auxiliary loudspeaker 30a may generally serve to support the sound at the listening position 12a (level-up mono).
  • the additional loudspeaker 30a it is advantageous for the additional loudspeaker 30a to be positioned close to the listening position so that the laws of the sound level drop are utilized with the distance, which results in that the sound level of the additional loudspeaker 30a in the associated hearing zone 12a is louder than in the foreign hearing zones 12b-12d. This contributes above all to the increased acoustic separation of the sound zones 12a-12d.
  • the advantages of the auxiliary loudspeaker 30a can be seen in the fact that the sound quality and the spatial impression for the associated sound zone by utilizing psychoacoustic effects be improved. It should generally be noted that as a result of the arrangement of sound transducers 20 or 30a as close as possible to the listening position (here 12a), cf. For example, sound transducers 20 and 30a with respect to the listening position 12a, the proportion of direct sound increases, so that reflections are largely obscured or are negligible.
  • Fig. 1d shows the vehicle interior 10 with a loudspeaker system 1 "in a side view, where the listening position 12b and the listening position 12d are shown, wherein it can further be seen that the loudspeaker array 20 is arranged centrally above the listening positions 12d and 12b (ie in the headliner)
  • an additional loudspeaker 30d (here in the parcel shelf for generating the sound lobe 32d) is provided, which in terms of properties and purpose of the additional loudspeaker 30a Fig. 1c equivalent.
  • the seat for the listening position 12b comprises the structure-borne sound exciter 35b
  • the seat for the listening position 12d comprises the structure-borne sound exciter 35d.
  • Each of these structure-borne sound exciters 35b and 35d is mechanically fixed to the seat (seat frame or headrest) for the listening position 12b or 12d (eg via the footwell) connected or generally associated with the location of the listener and trained to output the structure-borne sound 36b and 36d so that he reaches the respective listener.
  • structure-borne noise transducers 35b and 35d are particularly suitable as support in the low-frequency range in which a sound reproduction with small arrays (because of the limited array size) would not be sufficiently focusable.
  • sound decoupling means it can be ensured that the structure-borne sound 36d or 36b is imperceptible in other listening zones, eg 12a and 12c, which in turn contributes to increasing the acoustic separation between the sound zones 12a-12d.
  • Fig. 2a shows a loudspeaker array 50 having a plurality of type A transducers 52a-52d and a plurality of type B transducers 54a-54d.
  • the type A transducers differ particularly in their size, and more typically but not necessarily in FIG its transmittable frequency range from the B-type electroacoustic transducers 54a-54d, eg> 1000 Hz or 500 Hz, A for the low-frequency range, eg ⁇ 2000 Hz or ⁇ 500 Hz).
  • the directional characteristic of the type A sound transducers 52a-52d may be different from the type B sound transducers 54a-54d.
  • the transducers 52a-52d and 54a-54b are in FIG Formed a line-shaped transducer array 50 and have a total of less sound transducer than in the structure with two parallel arrays of the type A and B of equal length.
  • This in Fig. 2a Array arrangements 50 shown in line form may advantageously be designed as arrays for the loudspeaker systems 1, 1 'or 1 " Fig. 1a-1d be used.
  • FIG. 2a explained array in the form of A, B, A, B, A, B, A, B, A, B, the basic idea of the alternating arrangement is also applicable to transducer arrays with more than two different transducer types, such that, for example, a sound transducer -Arangement of A, B, C, A, B, C would be conceivable.
  • Another possible alternative would be the transducer assembly A, A, B, B, A, A, B, B.
  • FIG. 2b shows a loudspeaker array 60 with the sound transducers 52a-52f (type A) and the sound transducers 54a-54f (type B).
  • the sound transducers 52a-52f and 54a-54f are arranged along the line of the array 60 such that a mean distance d B of the sound transducers 54a-54f is smaller than a mean distance d A of the sound transducers 52a-52f, cf.
  • the mean distance of the transducer of the type B d B is also smaller than the average mean distance d AB of all transducers used (cf. Fig. 2a and 2b ).
  • Such a configuration of the mean distance d B in relation to the mean distance d A can be realized by the corresponding sequence of the different sound transducers 52a-52f and 54a-54f.
  • FIG. 2b A possible form of realization would be the combination of the sound transducers in the form of A, A, B, A, B, B, A, B, A, A, A Fig. 2b shown array 60 are in the interior 60i four B-type transducers, see. 54b-54e, each framed by a type A transducer (see Figures 52c and 52d) per side, this arrangement again being framed by a respective type B transducer (see Figures 54a and 54f). This entire sound transducer arrangement is then in turn framed by two sound transducers of type A (see 52a, 52b, 52e and 52f) on each side.
  • Such a distribution can also be described in other words as logarithmic or at least approximately logarithmic.
  • the two system-immanent conditions can be taken into account, namely that for the focused radiation, the loudspeaker array 60 should be larger than the wavelength, which is particularly problematic for the low-frequency reproduction due to the size of the sound transducer 54a-54h, and that at the same time for error-free reproduction, the spacing of adjacent loudspeakers should be smaller than the wavelength, which is problematical in particular for the high-frequency reproduction due to the size of the sound converters 52a-52h.
  • FIG. 2c Figure 5 shows an array 70 having a type B central transducer 54e surrounded by a total of eight type B sound transducers 54a-54i around (ie one on each side). In this respect, therefore, a 3 ⁇ 3 field is generated by electroacoustic transducers 54a-54d of type B by the electroacoustic transducers 54a-54d.
  • This 3x3 array of acoustic transducers 54a-54i is located at the center of gravity of the array surface 70 with respect to the entire transducer array 70. This center of gravity is indicated by reference numeral 70i.
  • the 3x3 field of the sound transducers 54a-54i is in turn surrounded by the sound transducers 52a-52h, type A.
  • the mean distance of the sound transducers 54a-54i which is referred to as density due to the two-dimensionality, is smaller than the average distance of the sound transducers 52a-52h in the outside area 70a. That is, the density in the inner region 70i is higher as compared with the density of the outer region 70a (defined by the number of acoustic transducers 52a-52h and 54a-54i per area). Even with this surface arrangement, therefore, a small sound transducer distance to highly focused radiation at the sound transducers 54a-54i for the high frequency ranges and a design-related larger sound transducer distance (for focused radiation) for the lower frequency ranges (see sound transducer 52a-52h) can be achieved ,
  • planar acoustic transducer arrangement has been explained only in the form of a checkerboard pattern of the acoustic transducer array 70, it should be noted that other planar arrangements, e.g. concentric arrangements, with concentration of sound transducers of a certain type (B) in a certain range, e.g. in the center 70i, in which the "transducer density" varies over the area.
  • the arrangement of the type A / B transducers does not necessarily have to be symmetrical either.
  • an asymmetrical arrangement that is to say a slightly offset high-frequency array (compare 54a-54i), would also be possible in the center 70i of the low-frequency array (compare 52a-52h).
  • a reduction of artifacts in the emission function as a result of discontinuities can be achieved.
  • the cause of such effects is, for example, edge reflection in tweeters, which are placed centrally on the front of the housing.
  • the speaker arrays 60 and 70 are designed as arrays for the embodiment Fig. 1a-d can be used and facing the speaker array Fig. 2a
  • advantages in terms of the directivity, in particular in the beamforming for adjusting the directional characteristic in both the low-frequency and the high-frequency range and can also contribute to the avoidance of spatial aliasing effect.
  • Type B transducers in the center 60i and 70i and Type A outdoor transducers 60a and 70a achieved by the acoustic transducer arrays 60 and 70 can also be achieved by a two-level transducer arrangement as discussed with reference to FIGS Fig. 2d is described.
  • the Fig. 2d shows a speaker array 80 with a plurality of sound transducers 52a-52h (type A), which are arranged in a line (directly) side by side in a first plane. Furthermore, the acoustic transducer array 80 comprises a plurality of sound transducers 54a-54h (type B) which are likewise arranged adjacent to one another (adjacent to one another) in a line-shaped manner. These two transducer types 52a-52h and 54a-54h are arranged in two different planes, ie one behind the other or even offset or one above the other.
  • transducers of the type A are arranged in the first or second plane, and vice versa, whether the transducers of the type B are arranged in the first or second plane.
  • the type B transducers which are thus preferably arranged with a smaller average distance d B , are positioned in the center of the type A sound transducer arrangement so that this embodiment of the loudspeaker array also has a concentration of Sound transducer for the high frequency range in the center can be done.
  • the individual transducers 52a-52h and 54a-54h can be assigned complex directional characteristics, for example by sound guides or by the sound transducer itself.
  • Another embodiment relates to a combination of multiple line arrays, such as e.g. the arrays 50 and 60, so that a planar loudspeaker array is formed.
  • the line arrays 50 or 60 may have a different number of sound transducers here, so that, for example, different lengths of the line arrays result.
  • the sound transducer spacings per line array e.g. due to the fact that different types of transducers are used vary.
  • each line array may include different types of transducers therein, wherein the combination of line arrays of one type per line array is preferable.
  • An exemplary embodiment is characterized in that two line arrays with the acoustic transducer type A include three line arrays with the acoustic transducer type B.
  • a planar loudspeaker array is formed in which a certain type of transducers is concentrated in the center.
  • Fig. 3 shows a speaker array 90, here performed as a combination of eight transducers 52a-52h of the same type.
  • Each of these sound transducers 52a-52h or, to be precise, the diaphragm 56 of the sound transducers 52a-52h is coupled on its radiating side with a sound guide 92a-92h.
  • These sound guides 92a-92h are funnel-shaped and optionally curved elements, so that the sound exit openings (see reference numeral 94) of the sound guide 92a-92h are smaller (in all or at least one dimension) than the sound inlet openings (see reference 56) on the side the electroacoustic transducers 52a-52h.
  • the funnel of the sound guide 92a-92h is designed so that the sound input 56 is offset compared to the sound outlet openings 94, wherein depending on the combination with a sound transducer 52a-52h a different dislocation ratio is used, so that the total surface of the sound outlet openings can be reduced overall ,
  • the sound outlet openings 94 of the sound guides 92a-92h can be arranged close to one another with a mean spacing d S.
  • a very small mean distance d S between the sound outlet openings 94 (in particular compared to the average distance d A ) achieved, resulting in an improved adjustable directional characteristics (due to the reduction of Schallabstrahl S by the compact Distance d S of the sound outlet openings 94 or due to the reduced virtual sound transducer distance d S ) and better positioning of the arrays (eg in the vehicle) contributes.
  • the combination of the sound guide 92a-92h with one of the speaker arrays 50, 60, 70 or 80 is possible, so that a use of the sound guide for the embodiments of the speaker system 1, 1 'or 1 "from the Figs. 1a-1d can be considered.
  • the arrangement of the loudspeakers or loudspeaker arrays of the loudspeaker system can also take place with a predetermined orientation, for example on the listening positions 12a-12d, so that directional radiation per sound transducer is possible, which reduces the influence on the room acoustics contributes in the sound zones by the position of the speakers.
  • a signal control device may also be provided comprising the array 20 and the extended arrays 50, 60, 70, 80, 90 according to the principles described above (see listening zone mono 12a-12d or stereo reproduction of listening zone 12a-12d). controls and thus allows the formation of the appropriate number of high-focussed Schallabstrahlungsbeams 22a-22d, 22aL, 22aR.
  • Fig. 1 It should also be noted that among the user-specific signals, it is also possible to understand the insertion of other audio information, such as in infotainment signals or telecommunication audio into a specific listening zone, eg the driver listening zone 12a.
  • the loudspeaker system may comprise a crossover network or a processor configured to convert the input signal, if it comprises only one auditory content (ie one content for a person at a respective listening / seating position), the middle and higher frequencies to the array , For example, in the way that beam forms can be operated to provide and output the low frequencies to the structure-borne sound transducer of the respective seating position.
  • the crossover or the audio processor is designed to provide the middle and higher frequencies of all the audio contents to be reproduced to the array, namely that by means of beamforming the audio contents are separated for the different listening zones at the different listening positions, while the lower frequencies are split off separately and forwarded to the different structure-borne sound transducers of the different seats or listening positions.
  • this offers the advantage that the middle and higher frequencies for the different listening positions are reproduced by means of the array, while the low frequencies are only displayed locally via the structure-borne sound transducer.
  • FIG. 1 For purposes of this case, an average density of the first electroacoustic sound transducer is smaller than an average density of the second electroacoustic sound transducer.
  • a loudspeaker array having a plurality of electroacoustic sound transducers which are coupled to first sound guides for sound output in a first area, wherein each sound guide comprises a sound exit opening.
  • each sound guide comprises a sound exit opening.
  • the plurality of sound exit openings is arranged such that a mean distance (d S ) between the sound outlet openings is smaller than a possible average distance (d A ) between the juxtaposed electroacoustic transducers.
  • the geometric orientations of the sound transducers 20a-20h in the loudspeaker array 20 shown in the schematic sketches are not fictitious and do not necessarily coincide with reality.
  • the orientations of the individual sound transducers 20a-20h may vary accordingly or even vary from position to position (heavily tilted to the first side, tilted to the first side, down, tilted to the second side, heavily tilted to the second side).

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug, insbesondere mit einem Lautsprecher-Array, allgemein auf Lautsprecher-Arrays mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern in unterschiedlichen Anordnungskonfigurationen und auf ein Lautsprecher-Array mit Schallführung.
  • Zukünftige Infotainment-Systeme in Fahrzeugen und die damit verbundenen Lautsprechersysteme in Fahrzeugen müssen anspruchsvollen Aufgaben in komplexen Verkehrsszenarien gerecht werden. Dazu wird eine absolut zuverlässige Funktion vorausgesetzt, wobei Gefahren in beliebigen Fahrsituationen für den Fahrer, z.B. durch Fehlfunktion, ausgeschlossen werden müssen. Hierbei spielen Kommunikationsanforderungen und schnelle Informationsbereitstellung sowie ungestörte Audiowiedergabe eine wesentliche Rolle. Dabei sind als Störsignale nicht nur Fahrzeuggeräusche zu verstehen, sondern auch paralleles Konsumieren von unterschiedlichen Audio-Inhalten, wie etwa beim gleichzeitigen Telefonieren und Konsumieren von Medieninhalte aus Sicht mehrerer Passagiere. Derartige Herausforderungen bedingen Systemeigenschaften, die eine individuelle Beschallung auf begrenzte Hörgebiete, sogenannte Schall- oder Hörzonen ermöglichen.
  • Zur Realisierung dieser Systeme sind typischerweise neben den elektroakustischen Komponenten, effiziente Algorithmen zur Störschallunterdrückung und eine leistungsfähige Datenkommunikation zur Regelung des adaptiven Systems erforderlich.
  • Ausgehend von dieser Problemstellung gibt es bereits einige auf dem Markt eingesetzte bzw. zumindest teilweise erprobte Konzepte. Ein Beispiel ist die personalisierte Beschallung (mittels Schallzonen) durch Verwendung von Lautsprechern in unmittelbarer Nähe zu den Ohren des Hörers in der jeweiligen Schallzone, z.B. durch Lautsprecherintegration in die entsprechenden Kopfstützen des jeweiligen Autositzes pro Hörzone. Ein derartiges System mit in Gruppen unterteilte Lautsprecher ist in der Patentschrift US 8,126,159 offenbart. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe akustische Trennung gegenüber den benachbarten Schallzonen, infolge der großen Differenz in der Hörentfernung. Hier liegt das theoretische Modell der Pegelabnahme mit ca. 6 dB je Entfernungsverdopplung (bei idealer Kugelwellenausbreitung) zugrunde. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist die hohe Störsensibilität z.B. infolge von Kopfbewegungen. Dies führt zum einen zu starken Pergelschwankungen und deutlichen Beeinträchtigungen der räumlichen Wahrnehmung, z.B. Verlust der Stereo-Images.
  • Ein zweiter Stand-der-Technik-Ansatz betrifft die personalisierten Schallzonen, welche unter Verwendung von Ultraschalltechnik erzeugt werden können. Hörschall wird auf Ultraschallträger moduliert und hochfokussiert auf die Hörzonen abgestrahlt. Grundvoraussetzung dieses Modulationsprinzips ist die Abstrahlung von sehr hohen Ultraschallpegeln, z.B. größer 130 dB. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass der Ultraschall infolge der günstigen Verhältnisse aus Wellenlänge zu der Größe der aktiven "Abstrahlfläche", definiert durch die Lautsprecher-Größe bzw. die Lautsprecher-Array-Größe, stärker fokussiert abgestrahlt wird als Frequenzen des Hörfrequenzbereichs. Damit ist eine höhere akustische Trennung der Schallzonen bei gleicher Größe der verwendeten Lautsprechertechnik möglich. Der Nachteil dieses Ansatzes ist nicht nur, dass Ultraschall ab bestimmten Leistungspegeln gesundheitsschädigend sein kann (vgl. hierzu Einsatz von Ultraschall im medizinischen Bereich zur Zerstörung von Nierensteinen), sondern auch, dass es bei der Verwendung von Ultraschall zu starken Reflexionen im Fahrzeuginnenraum kommt, die sich nachteilig auf die akustische Kanaltrennung auswirken. Ferner bedingt der Ultraschalleinsatz einen hohen Leistungsbedarf, was gleichbedeutend mit einer geringen Energieeffizienz ist. Hinzu kommt ein stark nichtlineares Übertragungsverhalten aufgrund des Demodulationsprinzips, was eine geringe Klangqualität nach sich zieht, die in der Regel nur für Sprachwiedergabe ausreicht.
  • Ein weiterer Stand-der-Technik-Ansatz basiert auf dem sogenannten Beamforming. Hierzu werden mehrere Lautsprecher verwendet, die z.B. im Fahrzeug verteilte und/oder zu einem Lautsprecher-Array gruppiert sind. Durch die gezielte Ansteuerung jedes Lautsprechers wird eine gerichtete Schallabstrahlung, z.B. für individuelle Schallzonen, erzielt. Im Zusammenhang hiermit sei beispielsweise auf die Patentschrift US 8,073,156 verwiesen, welche die Verwendung von linienförmigen Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug offenbart. Hiermit ist es möglich, ein Klangmuster auf eine oder mehrere Positionen im Fahrzeug zu fokussieren. Das Patentdokument US 2012 / 0 121 113 offenbart den Einsatz eines weiteren Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug inklusive entsprechendem Controller. Der Vorteil gegenüber dem erstgenannten Ansatz liegt in der stabileren Schallzone, auch bei Kopfbewegung. Des Weiteren ist keine unmittelbare Nähe der Sitzposition zu einer Lautsprechereinbauposition notwendig. Im Vergleich zu dem zweitgenannten Ansatz besteht hier auch kein Gefährdungspotenzial aufgrund des hohen Schalldrucks. Außerdem ist eine bessere Klangqualität im Vergleich zu diesem Ultraschallansatz erzielbar. Nachteilig ist jedoch die erzielbare Schallfokussierung, die häufig eine ungenügende Kanaltrennung, insbesondere bedingt durch die realisierbaren Array-Abmessungen, die realisierbaren Schallwandlerabstände (Abstand von benachbarten elektroakustischen Schallwandlern) und die Anzahl der Schallwandler pro Array zur Folge hat. Zusätzlich wird die Kanaltrennung bisheriger Beamforming-Ansätze durch die raumakustischen Einflüsse im Fahrzeug, Reflexionen bzw. Raummoden herabgesetzt.
  • Des Weiteren offenbart die Patentschrift US 7,343,020 ein automobiles Audiosystem mit direktionalen, planaren Schallwandlern zur Erzeugung von Stereo- oder Surround-Sounds für jeden Passagier individuell. Die Patentschrift US 2003/0021433 offenbart eine Lautsprecherkonfiguration zusammen mit einem Signalprozessor zur Stereokanalgenerierung für alle Passagiere einzeln durch Verwendung eines Center-Lautsprechers. Die Patentschrift EP 2 143 300 B1 offenbart ein Fahrzeuglautsprechersystem mit direktionalen Schallwandlern, ausgerichtet auf die jeweiligen Sitzpositionen (=Hörpositionen). Alle drei letztgenannten Ansätze aus den US-/EP-Patentschriften haben gemein, dass aufgrund der abzuleitenden Lautsprechertechnik es zu nicht ausreichender Kanaltrennung bzw. zu Übersprechen kommen kann. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für ein Lautsprechersystem, insbesondere für ein Fahrzeug-Lautsprechersystem, zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile vermeidet und somit qualitativ hochwertige Raumklangerzeugung mit guter Kanaltrennung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele werden durch die abhängigen Ansprüche definiert.
  • Weitere in der folgenden Beschreibung angeführte Ausführungsbeispiele, insbesondere die den zweiten und dritten Aspekt betreffenden Ausführungsbeispiele, die nicht unter den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie er in den Ansprüchen definiert ist, sind als Beispiele auszulegen, die das Verständnis der Erfindung erleichtern.
  • Ein Ausführungsbeispiel entsprechend einem ersten Aspekt umfasst ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug mit einem Lautsprecher-Array. Das Lautsprecher-Array umfasst eine Mehrzahl elektroakustischer Schallwandler, die individuell ansteuerbar sind, so dass über die Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler ein nutzerspezifisches Audiosignal für verschiedene Nutzer an unterschiedlichen Hörpositionen in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs wiedergebbar ist. Das Lautsprecher-Array oder im Fall von eingesetzten Schallführungen ein Schallauslass des Lautsprecher-Arrays ist hierbei insbesondere zwischen zumindest zwei der Hörpositionen in dem Fahrzeuginnenraum, also z.B. zwischen dem Fahrer und dem Beifahrersitz, angeordnet.
  • Den Ausführungsbeispielen des ersten Aspekts liegt also die Erkennung zugrunde, dass ein Lautsprechersystem für ein Fahrzeug insbesondere hinsichtlich Kanaltrennung, z.B. bei Wiedergabe unterschiedlicher Audio-Inhalt an den unterschiedlichen Hörpositionen, dadurch verbessert werden kann, dass ein Lautsprecher-Array zentral im Sinne von mittig bezogen auf alle oder die relevanten Hörpositionen angeordnet ist. Das eingesetzte Lautsprecher-Array kann für jeden Hörplatz (oder jeden relevanten Hörplatz) eine separate Schallkeule bzw. z.B. bei Stereo mehrere separate Schallkeulen pro Zone aufbauen. Durch die mittige Anordnung des Lautsprecher-Arrays, z.B. am Dachhimmel zwischen den Sitzen, wird erreicht, dass das Lautsprecher-Array von jedem relevanten Hörplatz ungefähr gleichweit entfernt ist, so dass jede Schallkeule ähnliche Ausdehnung aufweist und vor allem dass die Schallkeulen in Bezug auf ihre Richtung auch gegenläufig orientiert sind, was in Hinblick auf die Kanaltrennung insbesondere bei nutzerspezifischer Audiowiedergabe optimal ist.
  • Wie oben bereits angedeutet, wäre eine bevorzugte Positionierung des Lautsprecher-Arrays entsprechend den Ausführungsbeispielen im Dachhimmel des Fahrzeugs, in der Mittelkonsole, in dem Armaturenbrett oder in der Hutablage, wobei entsprechend weiterer Ausführungsbeispiele insbesondere wichtig ist, dass ein Abstand zwischen dem Array und den Hörpositionen bzw. zumindest den relevanten Hörpositionen (Teilmenge aller Hörpositionen) im Wesentlichen, d.h. also mit einem abweichenden +/- 30% gleich ist.
  • Je Hörposition ist zumindest ein Zusatzlautsprecher, wie z.B. der üblicherweise vorhandene Lautsprecher in der Tür bzw. dem Spiegeldreieck und/oder ein anders positionierter Zusatzlautsprecher vorgesehen sein. Der Zusatzlautsprecher ist als Körperschallwandler ausgeführt. Der Zusatzlautsprecher ist bevorzugt näher am Nutzer angeordnet als das Lautsprecher-Array. Durch eine derartige dichte Anordnung ist es möglich, dass der von dem Zusatzlautsprecher abgestrahlte Schall in Bezug auf die anderen Hörpositionen nahezu zu vernachlässigen ist, da hier mit wesentlich geringeren Schallpegeln und großen Pegeldifferenz infolge großem Unterschied im Hörabstand gearbeitet werden kann. Durch diesen Zusatzlautsprecher ist es möglich, je Hörposition Stereo, aber auch Mono mit lokaler Pegelanhebung oder Frequenzerweiterung (z.B. Tiefton) zu erzeugen.
  • Stereo kann auch unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandlern und des Lautsprecher-Arrays basierend auf der Technik des akustischen Beamformings erzeugt werden. Hierbei werden dann beispielsweise pro Hörposition mindestens zwei Beams (Schallkeulen) oder auch ein Stereo-Beam erzeugt. In diesem Zusammenhang muss auch erwähnt werden, dass es denkbar wäre, dass unter Zuhilfenahme von Übertragungsfunktionen, welche psychoakustischen Effekte emulieren, die zu erzeugenden Schallquellen virtuell im Raum positioniert werden. Vorteilhaft bei der Positionierung der Quellen mittels Beamforming wäre es entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen, dass die Beams unter Berücksichtigung der Sitzeinstellung bzw. der Kopfposition des Hörers nachgeführt werden, so dass unabhängig von der Sitzposition ein gleichbleibend guter Wiedergabeeindruck entsteht.
  • Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Lautsprechersystem auf einen Signalprozessor, der beispielsweise zum Beamforming den elektroakustischen Schallwandler und/oder den oder die Zusatzlautsprecher individuell ansteuert.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend eines zweiten Aspekts schafft ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern, z.B. kleinen Schallwandlern, die auf einer ersten Linie angeordnet sind und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern, z.B. großen Schallwandlern, die auf eben der ersten Linie angeordnet sind. Hierbei ist der mittlere Abstand zwischen den ersten elektroakustischen Schallwandlern kleiner im Vergleich zu dem mittleren Abstand zwischen den zweiten elektroakustischen Schallwandlern.
  • Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts sind die ersten elektroakustischen Schallwandler in einem ersten Flächenbereich angeordnet, während die zweiten elektroakustischen Schallwandler in einem zweiten Flächenbereich angeordnet sind. Hierbei ist dann die mittlere Dichte der Anordnung der ersten elektroakustischen Schallwandler (z.B. wiederum der kleinen elektroakustischen Schallwandler für den Hochtonbereich) größer als die mittlere Dichte der zweiten elektroakustischen Schallwandler (z.B. großen elektroakustischen Schallwandler für den Tieftonbereich).
  • Ausführungsbeispielen dieses zweiten Aspekts liegt der Erkenntnis zugrunde, dass die Anordnung von Schallwandlern unterschiedlichen Typs in einem Array nicht zwingendermaßen gleichverteilt sein muss, sondern dass es sogar von Vorteil sein kann, wenn kleinere Schallwandler, die typischerweise für hohe Frequenzbereiche eingesetzt werden mit einer höheren "Packungsdichte" verbaut werden, als größere Schallwandler für tiefere Frequenzbereiche, da die Möglichkeit der hochfokussierten Abstrahlung im höheren Frequenzbereich, aber auch die Ortung für hohe Frequenzbereiche besser gegeben ist als im tiefen Frequenzbereich. Eine derartige Schallwandleranordnung bietet also den Vorteil, dass sowohl ein breiter Frequenzbereich, als auch eine Möglichkeit zur akkuraten Schallfokussierung erreicht werden kann.
  • In entsprechenden Ausführungsbeispielen kann eine oben beschriebene Anordnung entweder auf einer Linie durch Einrahmung von mindestens zwei der ersten elektroakustischen Schallwandler durch je einen der zweiten elektroakustischen Schallwandler pro Seite oder im zweidimensionalen Bereich in einem Karre erfolgen. Des Weiteren wäre es auch denkbar, dass zusätzlich noch dritte elektroakustische Schallwandler vorgesehen sind, die in ähnlicher Anordnung sich in das Array einfügen. Hierbei bedeutet eine ähnliche Anordnung, dass der mittlere Abstand zwischen benachbarten Schallwandlern gleichen Typs mit zunehmender Schallwandlergröße zunimmt bzw. dass die mittlere Dichte abnimmt.
  • Das Lautsprecher-Array entsprechend diesem zweiten Aspekt ist dazu geeignet als Lautsprecher-Array in dem Lautsprechersystem gemäß dem ersten Aspekt zu dienen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die angesprochene Array-Anordnung mit der variierenden Packungsdichte die Möglichkeit bietet, Arrays mit hoher und einstellbarer Richtungscharakteristik bei gleichzeitig kleinem Bauraum, wie er beispielsweise bei zentraler Anordnung im Fahrzeuginnenraum benötigt wird, zu realisieren.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend eines dritten Aspekts schafft ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern, die an ihrer Schallabstrahlfläche mit Schallführungen zur Schallausgabe bzw. zur Schalllenkung gekoppelt sind, wobei jede Schallführung eine Schallaustrittsöffnung umfasst. Die Mehrzahl der Schallaustrittsöffnungen ist so angeordnet, dass ein mittlerer Abstand zwischen den Schallaustrittsöffnungen kleiner ist als ein (möglicher) mittlerer Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten elektroakustischen Schallwandlern.
  • Den Ausführungsbeispielen dieses dritten Aspekts liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Lautsprecher-Arrays eine kompakte Verteilung der einzelnen Schallquellen, insbesondere in Hinblick auf die selektive Schallfokussierung bei der Schallabstrahlung zu bevorzugen ist. Um eine kompakte Verteilung auch bei Arrays mit großer Ausdehnung, z.B. infolge von großen Schallwandlern, zu erreichen, werden erfindungsgemäß (für diesen dritten Aspekt) trichterförmige Schallführungen, welche jeweils mit einem elektroakustischen Schallwandler gekoppelt sind, eingesetzt. Dabei sind die Schallaustrittsöffnungen der Schallführungen kleiner als die Schalleinlassöffnungen der Schallführungen, so dass die Schallaustrittsöffnungen als kompaktes Feld arrangiert werden können. Somit kann die Richtungscharakteristik für ein Array, welches mit einer Vielzahl von Schallführungen gekoppelt wird, verbessert werden.
  • Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das Lautsprecher-Array entsprechend diesem dritten Aspekt gut mit den Grundgedanken des Lautsprecher-Arrays des zweiten Aspekts kombinierbar. Ferner ist auch ein Einsatz der Schallführungen in Lautsprechersystemen des ersten Aspekts möglich bzw. vorteilhaft.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1a
    ein exemplarisches Schaubild einer Anordnung eines Lautsprecher-Arrays in einem Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Mono) des ersten Aspekts;
    Fig. 1b
    ein schematisches Schaubild einer Anordnung in einem Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels (teilweise Stereo) des ersten Aspekts;
    Fig. 1c,d
    schematische Schaubilder von der Anordnung eines Lautsprecher-Arrays in Kombination mit Zusatzschallwandlern in einem Fahrzeug gemäß weiteren Ausführungsbeispielen (teilweise Stereo) des ersten Aspekts;
    Fig. 2a
    ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs für das Lautsprechersystem gemäß den Ausführungsbeispielen aus Figs.1a-1d;
    Fig. 2b
    ein schematisches Schaubild eines Linienförmigen Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;
    Fig. 2c
    ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit flächig angeordneten Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;
    Fig. 2d
    ein Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit Schallwandlern unterschiedlichen Typs gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts; und
    Fig. 3
    ein schematisches Schaubild eines Lautsprecher-Arrays mit einer Vielzahl an Schallführungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts.
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung der austauschbar bzw. aufeinander anwendbar ist.
  • Fig. 1a zeigt einen schematisch dargestellten Fahrzeuginnenraum 10 in der Draufsicht mit vier Hörpositionen 12a, 12b, 12c und 12d, jede definiert durch einen Sitz, auf welchem der potenzielle Hörer sitzen kann. Das Lautsprechersystem 1 für den Fahrzeuginnenraum 10 umfasst ein Lautsprecher-Array 20, umfassend die Vielzahl der elektroakustischen Schallwandler 20a-20h.
  • Wie hier illustriert, ist das Array 20 in Bezug auf den Fahrzeuginnenraum 10 relativ zentral angeordnet, was zur Folge hat, dass das Array 20 zumindest zwischen zwei Hörpositionen (Teilmenge aller Hörpositionen 12a-12d), hier sogar zwischen den vier Hörpositionen 12a-12d angeordnet ist. Als mögliche Bauräume für das Lautsprecher-Array ist hier beispielsweise der Dachhimmel, die Mittelkonsole, aber auch alternativer Weise das Armaturenbrett bzw. die Hutablage zu nennen. Allgemein gesprochen heißt das, dass das Lautsprecher-Array 20 oberhalb oder unterhalb oder sogar auf Höhe der Hörzonen 12a-12d bzw. der Ohrhöhe des Hörers installiert sein kann. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass sich der Begriff zentral auf alle Hörzonen 12a-12d oder zumindest auf eine Teilmenge der Hörzonen 12a-12d, z.B. die Hörzone 12a und 12b, bezieht. Nachfolgend wird auf die Funktionsweise des so realisierten Lautsprechersystems für das Fahrzeug eingegangen.
  • In dem dargestellten Beispiel wird durch das Lautsprecher-Array je Hörposition 12a-12d eine Schallkeule 22a-22d, die bevorzugter Weise auf die Hörzonen 12a-12d ausgerichtet sind bzw. zumindest diesen zugeordnet sind, ausgebildet. Die Ausbildung dieser Schallkeulen 22a-22d erfolgt dadurch, dass die Schallwandler 20a-20h des Lautsprecher-Arrays 20 unterschiedlich angesteuert werden, beispielsweise unter Berücksichtigung von sogenannten Beamforming-Algorithmen, die auch die Abstrahlcharakteristik der Einzelwandler 20a-20h sowie die raumakustischen Einflüsse einbeziehen können. Im Zusammenhang mit dieser Signalverarbeitung sei auf die Grundlagen der Lehre der Wellenfeldsynthese verwiesen, die größtenteils die Basis für das hier durchgeführte Beamforming bietet. D.h. also, dass das Lautsprecher-Array 20 ausgebildet ist, um je Hörplatz 12a-12d eine separate Schallkeule 22a-22d aufzubauen, wobei aufgrund der zentralen Anordnung jede Schallkeule 22a-22d in Bezug auf ihre Ausrichtung gegenläufig (von der Mitte zu den Hörplätzen 12a-12d) orientiert ist. Zusätzlich ist (infolge der zentralen Anordnung) das Lautsprecher-Array 20 von jedem Hörplatz 12a-12d ungefähr gleichweit entfernt, so dass jede Schallkeule 22a-22d ähnliche Ausprägungen (z.B. Ausdehnung und Pegel) aufweist. Diese zwei Eigenschaften tragen maßgeblich zu der erreichten Kanaltrennung zwischen den Kanälen 22a-22d bei. Ein Vorteil der mittels dem Beamforming erzeugten Schallkeulen 22a-22d liegt darin, dass die Kanaltrennung so gut ist, dass nutzerspezifische Audiosignale für die Hörzonen 12a-12c erzeugt werden können. Infolgedessen kann in den unterschiedlichen Hörzonen 12a-12d nicht nur ein unterschiedliches Audiosignal im Sinne von Lautheit sondern sogar unterschiedliche Audioinhalte wiedergegeben werden. Zusätzlich wäre es auch denkbar, dass in einer der Schallzonen 12a-12d gezielt Stille durch Schallauslöschung generiert werden kann.
  • Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1a sei angemerkt, dass durch die dargestellte Anordnung sogar eine zweite optionale Vorgabe erfüllt ist, nämlich dass der Abstand zwischen dem Lautsprecher-Array 20 und den einzelnen Hörpositionen 12a-12d im Wesentlichen, d.h. also mit einer Toleranz von +/- 30% gleich ist (zentrale Anordnung). Die zentrale Position des Arrays 20 reduziert ferner störende Einflüsse der Raumakustik bezüglich der Schallzonen, z.B. infolge von Schallreflexionen an Seitenscheiben.
  • Entsprechend Ausführungsbeispielen kann anstelle des gesamten Lautsprecher-Arrays 20 auch ein Schallauslass einer Schallführung (vgl. Fig. 3), welche mit dem Lautsprecher-Array gekoppelt ist, zentral bzw. allgemein zwischen zumindest zwei der Hörzonen 12a-12d positioniert sein. Die Schallführung umfasst typischerweise einen mit dem jeweiligen Schallwandler 20a- 20h gekoppelten Schallleiter je Schallwandler 20a- 20h, wobei Vielzahl der Schallauslässe der Schallleiter den Schallauslass der Schallführung bilden. Hierdurch kann dann das eigentliche Schallwandler-Array 20, z.B. aus Platzgründen, an geeigneter Stelle im Auto (z.B. im Kofferraum) untergebracht werden und die Schallführung den Schall zum entsprechenden zentralen Schallauslasspunkt führen.
  • Durch derartig angeordnete Lautsprecher-Arrays ist es auch möglich, Stereo oder sogar 3D-Raumklang je Hörposition 12a-12d zu erzeugen, wie Bezug nehmend auf Fig. 1b dargestellt wird.
  • Fig. 1b zeigt die Draufsicht des Fahrzeuginnenraums 10 mit den vier Hörpositionen 12a-12d und dem Lautsprecher-Array 20 des Lautsprechersystems 1. Die Erzeugung von Stereo wird anhand der Position 12a erläutert, ist allerdings auch auf die anderen Hörpositionen 12a-12d übertragbar.
  • Wie in Fig. 1b dargestellt, wird für die Hörposition 12a eine Doppelschallkeule, umfassend die Schallkeulen 22aL und 22aR, erzeugt. Die Schallkeulen 22al und 22ar sind einmal auf das linke Ohr (22aL) und einmal auf das rechte Ohr (22aR) des Hörers an der Hörposition 12a ausgerichtet. Die Erzeugung von Schallkanälen je Hörposition 12a-12d ist nicht limitiert auf die Anzahl 2 für Stereo. Vielmehr können auch mehrere Schallkeulen je Hörposition 12a-12d erzeugt werden, um beispielsweise Raumklang zu simulieren. Hierbei wäre es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch denkbar, dass bei der Erzeugung der Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d (Beams) in der Signalverarbeitung Übertragungsfunktionen, welche psychoakustische Effekte emulieren, berücksichtigt werden, um die virtuellen Schallquellen besser im Innenraum 10 positionieren zu können. Beispiele für derartige Übertragungsfunktionen sind HRTF-Funktionen und/oder Blauertschen Bänder.
  • Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass bei der Ausrichtung der Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d eine Berücksichtigung von Schallreflexionen (z.B. über Glasflächen) oder Schallabsorption erfolgt. Also wird im Vorfeld berücksichtigt, inwieweit direkte Schallwiedergabe und/oder indirekte Schallwiedergabe, also unter Einbeziehung von Wandreflexionen oder auch von optionalen Schallführungen, zum Einsatz kommt.
  • Entsprechend wiederum weiteren Ausführungsbeispielen wäre denkbar, dass die Schallkeulen 22aL, 22aR, 22b, 22c und 22d in Abhängigkeit von der Sitzposition, die die Hörposition 12a, 12b, 12c und 12d definieren, ausgerichtet werden. Hierbei wäre beispielsweise eine informatorische Kopplung des Lautsprechersystems an die (elektrische) Sitzeinstellung denkbar.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Lautsprechersystem ist in Fig. 1c und 1d offenbart, bei welchen das zentrale Lautsprecher-Array 20 mit mindestens einem Zusatzlautsprecher oder Zusatzlautsprecher-Array (oder allgemein mit einem Zusatzlautsprechersystem, umfassen mindestens einen Zusatzlautsprecher) kombiniert wird. Mögliche Positionen für den/die Zusatzlautsprecher sind die A-, B-, C-Säule, die Kopfstütze oder der Dachhimmel.
  • Fig. 1c zeigt den Fahrzeuginnenraum 10 (Draufsicht) mit den vier Hörpositionen 12a-12d, den zentral angeordneten Lautsprecher-Array 20 des Lautsprechersystems 1', wobei der ersten Hörposition 12a ein Zusatzlautsprecher 30a (hier z.B. im Dachhimmel, alternativ B-Säule bzw. Kopfstütze) zugeordnet ist. Dieser Zusatzlautsprecher 30a befindet sich aus Sicht des Hörers an der Hörposition 12a auf einer von dem Lautsprecher-Array 20 abgewandten Seite (hier links) und ist bevorzugter- aber nicht notwendigerweise näher am Ohr angeordnet als das zentrale Lautsprecher-Array 20. Hierdurch wird dann auch sichergestellt, dass eine weitere optionale Bedingung, nämlich die, dass der Zusatzlautsprecher 30a dichter an einer Hörposition 12a im Vergleich zu den anderen Hörpositionen 12b-12d angeordnet ist, erfüllt ist.
  • Wie hier dargestellt, erzeugt der Zusatzlautsprecher 30a eine Schallkeule 32aL, die dem einen (linken) Ohr des Hörers eine Hörposition 12a zugeordnet ist, während das andere (rechte) Ohr durch die Schallkeule 22aR (erzeugt durch das Lautsprecher-Array 20) beschallt wird. Somit ist es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, Stereo an dem Hörplatz 12a zu erzeugen. Die Verwendung des Zusatzlautsprechers 30a ist nicht auf Stereo beschränkt, so kann der Zusatzlautsprecher 30a allgemein zur Unterstützung der Beschallung an dem Hörplatz 12a (Mono mit Pegelanhebung) dienen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Zusatzlautsprecher 30a nah an dem Hörplatz positioniert wird, so dass die Gesetzmäßigkeiten des Schallpegelabfalls mit der Entfernung ausgenutzt werden, was dazu führt, dass der Schallpegel des Zusatzlautsprechers 30a in der zugehörigen Hörzone 12a lauter ist als in den fremden Hörzonen 12b-12d. Dies trägt vor allem zur erhöhten akustischen Trennung der Schallzonen 12a-12d bei. Allgemein sind die Vorteile eines des Zusatzlautsprechers 30a darin zu sehen, dass die Klangqualität und der Raumeindruck für die zugehörige Schallzone durch Ausnutzung von psychoakustischen Effekten verbessert werden. Allgemein sei festgestellt, dass durch die Anordnung von Schallwandlern 20 bzw. 30a möglichst nahe an der Hörposition (hier 12a), vgl. z.B. Schallwandler 20 und 30a in Bezug auf die Hörposition 12a, der Anteil an Direktschall zunimmt, so dass Reflexionen weiterstgehend verdeckt werden bzw. vernachlässigbar sind.
  • Fig. 1d zeigt den Fahrzeuginnenraum 10 mit einem Lautsprechersystem 1" in einer Seitendarstellung. Hier ist der Hörplatz 12b und der Hörplatz 12d dargestellt, wobei ferner zu erkennen ist, dass das Lautsprecher-Array 20 zentral oberhalb der Hörplätze 12d und 12b (also im Dachhimmel) angeordnet ist. Für den (Font-) Hörplatz 12d, auf welchen die Schallkeule 22d ausgerichtet ist, ist ein Zusatzlautsprecher 30d (hier in der Hutablage zur Erzeugung der Schallkeule 32d) vorgesehen, der hinsichtlich Eigenschaften und Zweck dem Zusatzlautsprecher 30a aus Fig. 1c entspricht.
  • Entsprechend der Erfindung wird, wie auch hier in Fig. 1d dargestellt, je Hörplatz, hier 12d und 12b, auch ein Körperschallanreger als Zusatzlautsprecher vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Sitz für den Hörplatz 12b den Körperschallanreger 35b, während der Sitz für den Hörplatz 12d den Körperschallanreger 35d umfasst. Jeder dieser Körperschallanreger 35b und 35d ist mechanisch fest mit dem Sitz (Sitzgestell oder Kopfstütze) für den Hörplatz 12b bzw. 12d (z.B. über den Fußraum) verbunden bzw. allgemein mit dem Standort des Hörers zugeordnet und ausgebildet, den Körperschall 36b bzw. 36d auszugeben, so dass er den jeweiligen Hörer erreicht. Diese Körperschallwandler 35b und 35d sind besonders als Unterstützung im Tieftonbereich geeignet, in welchem eine Schallreproduktion mit kleinen Arrays (wegen der limitierten Array-Größe) nicht ausreichend fokussierbar wäre. Durch optionale Schallentkopplungsmittel kann sichergestellt werden, dass der Körperschall 36d bzw. 36b in anderen Hörzonen, z.B. 12a und 12c nicht wahrnehmbar ist, was wiederum zur Erhöhung der akustischen Trennung zwischen den Schallzonen 12a-12d beiträgt.
  • Fig. 2a zeigt ein Lautsprecher-Array 50 mit einer Vielzahl von Schallwandlern 52a-52d des Typs A und einer Vielzahl von Schallwandlern 54a-54d des Typs B. Die Schallwandler des Typs A unterscheiden sich insbesondere in ihrer Größe, und damit typischer, aber nicht notwendiger Weise in ihrem übertragbaren Frequenzbereich von den elektroakustischen Schallwandlern 54a-54d des Typs B (B für Hochtonbereich, z.B. > 1000 Hz oder 500Hz; A für den Tieftonbereich, z.B. < 2000 Hz oder < 500Hz). Ferner kann auch die Richtungscharakteristik der Schallwandler 52a-52d des Typs A unterschiedlich zu den Schallwandlern 54a-54d des Typs B sein. Die Schallwandler 52a-52d und 54a-54b sind in Form eines linienförmigen Schallwandler-Arrays 50 angeordnet und weisen insgesamt weniger Schallwandler auf als beim Aufbau mit zwei parallelen Arrays des Typs A und B gleicher Länge. Diese in Fig. 2a gezeigte Array-Anordnungen 50 in Linienform kann vorteilhafter Weise als Arrays für die Lautsprechersysteme 1, 1' oder 1" aus Fig. 1a-1d eingesetzt werden.
  • Auch wenn das bzgl. Fig. 2a erläuterte Array in der Form von A, B, A, B, A, B, A, B dargestellt wurde, ist der Grundgedanke der abwechselnden Anordnung auch auf Schallwandler-Arrays mit mehr als zwei unterschiedlichen Schallwandlertypen übertragbar, so, dass beispielsweise auch eine Schallwandler-Anordnung von A, B, C, A, B, C denkbar wäre. Eine weitere denkbare Alternative wäre die Schallwandleranordnung A, A, B, B, A, A, B, B.
  • Bezug nehmend auf Fig. 2b wird nun ein Lautsprecher-Array 60 erläutert, bei dem weitere Vorteile zu Tage treten. Bezüglich des Lautsprecher-Arrays 60 ist auch angemerkt, dass dieses auch für Lautsprechersysteme außerhalb des KFZ-Bereichs nutzbar wäre bzw. dass alleine das Array 60 Vorteile bietet. Fig. 2b zeigt ein Lautsprecher-Array 60 mit den Schallwandlern 52a-52f (Typ A) und den Schallwandlern 54a-54f (Typ B). Hier sind die Schallwandler 52a-52f und 54a-54f entlang der Linie des Array 60 so angeordnet, dass ein mittlerer Abstand dB der Schallwandler 54a-54f kleiner ist als ein mittlerer Abstand dA der Schallwandler 52a-52f, vgl. dB < dA. Des Weiteren kann auch festgestellt werden, dass der mittlere Abstand des Schallwandlers des Typs B dB auch kleiner ist als der durchschnittliche mittlere Abstand dAB aller eingesetzten Schallwandler (vgl. Fig. 2a und 2b). Eine derartige Ausbildung des mittleren Abstands dB im Verhältnis zu dem mittleren Abstand dA kann durch die entsprechende Reihenfolge der unterschiedlichen Schallwandler 52a-52f bzw. 54a-54f realisiert werden.
  • Wie in Fig. 2b dargestellt, wäre eine mögliche Realisierungsform die Kombination der Schallwandler in Form von A, A, B, A, B, B, B, A, B, A, A. Bei dem in Fig. 2b dargestellten Array 60 sind im Innenbereich 60i vier Schallwandler des Typs B, vgl. 54b-54e angeordnet, die durch je einen Schallwandler des Typs A (vgl. 52c und 52d) je Seite eingerahmt werden, wobei diese Anordnung wiederum durch je einen Schallwandler des Typs B (vgl. 54a und 54f) eingerahmt wird. Diese gesamte Schallwandleranordnung wird dann durch je zwei Schallwandler des Typs A (vgl. 52a, 52b, 52e und 52f) je Seite wiederum eingerahmt. Eine derartige Verteilung kann auch mit anderen Worten als logarithmisch oder zumindest annähernd logarithmisch beschrieben werden.
  • In dieser Schallwandleranordnung des Arrays 60 kann sichergestellt werden, dass im Innenbereich (vgl. Bereich markiert mit dem Bezugszeichen 60i) eine hohe Dichte an Schallwandlern des Typs B, die im Hochtonbereich arbeiten und sich tendenziell durch eine gute Einstellung der Abstrahlcharakteristik auszeichnen, vorliegt. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu dem Außenbereich bzw. den Außenbereichen 60a. Durch eine derartige Anordnung kann den zwei systemimmanenten Bedingungen Rechnung getragen werden, nämlich dass für die fokussierten Abstrahlung das Lautsprecher-Array 60 größer sein sollte als die Wellenlänge, was insbesondere für die Tieftonwiedergabe aufgrund der Größe der Schallwandler 54a-54h problematisch ist, und dass gleichzeitig für die fehlerfreie Reproduktion der Abstand benachbarter Lautsprecher kleiner als die Wellenlänge sein sollte, was insbesondere für die Hochtonwiedergabe aufgrund der Größe der Schallwandler 52a-52h problematisch ist.
  • Das in Fig. 2b beschriebene Prinzip der quasi-logarithmischen Anordnung ist auch auf flächige Schallwandler-Arrays übertragbar, wie in Fig. 2c gezeigt wird. Fig. 2c zeigt ein Array 70 mit einem zentralen Schallwandler 54e des Typs B, der von insgesamt acht Schallwandlern 54a-54i des Typs B ringsherum (d.h. einer auf jeder Seite) umgeben ist. Insofern wird also durch die elektroakustischen Schallwandler 54a-54d ein 3x3-Feld an elektroakustischen Schallwandlern 54a-54d des Typs B erzeugt. Dieses 3x3-Feld der Schallwandler 54a-54i befindet sich in Bezug auf die gesamte Schallwandleranordnung 70 im Schwerpunkt der Arrayfläche 70. Dieser Schwerpunkt ist durch das Bezugszeichen 70i gekennzeichnet. Das 3x3-Feld der Schallwandler 54a-54i ist wiederum ringsherum umgeben durch die Schallwandler 52a-52h, des Typs A.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mittlere Abstand der Schallwandler 54a-54i, der aufgrund der Zweidimensionalität als Dichte bezeichnet wird, kleiner als der mittlere Abstand der Schallwandler 52a-52h im Außenbereich 70a. Das heißt also, dass die Dichte im Innenbereich 70i im Vergleich zur Dichte des Außenbereichs 70a (definiert durch die Anzahl an Schallwandlern 52a-52h und 54a-54i pro Fläche) höher ist. Auch bei dieser Flächenanordnung kann also ein kleiner Schallwandler-Abstand zu hochfokussierten Abstrahlungen bei den Schallwandlern 54a-54i für die hohen Frequenzbereiche und ein bauartbedingter größerer Schallwandler-Abstand (zur fokussierten Abstrahlung) für die tieferen Frequenzbereiche (vgl. Schallwandler 52a-52h) erreicht werden.
  • Auch wenn die flächige Schallwandleranordnung nur in Form eines Schachbrettmusters des Schallwandler-Arrays 70 erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, dass auch andere flächige Anordnungen, z.B. konzentrische Anordnungen, mit Konzentration von Schallwandlern eines bestimmten Typs (B) in einem bestimmten Bereich, z.B. im Zentrum (70i) denkbar wären, bei welchen die "Schallwandlerdichte" über die Fläche variiert. Die Anordnung der Schallwandler des Typs A/B muss auch nicht zwingend symmetrisch sein. So wäre auch eine asymmetrische Anordnungen, also leicht versetztes Hochton-Array (vgl. 54a-54i) im Zentrum 70i des Tiefton-Arrays (vgl. 52a-52h) möglich. Vorteilhafter Weise kann so eine Reduzierung von Artefakten in der Abstrahlfunktion infolge von Unstetigkeitsstellen erreicht werden. Ursache für solche Effekte ist beispielsweise Kantenreflexion bei Hochtönern, welche zentral auf Gehäusefront platziert sind.
  • Die Lautsprecher-Arrays 60 und 70 sind als Arrays für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1a-d einsetzbar und weisen gegenüber dem Lautsprecher-Array aus Fig. 2a Vorteile in Bezug auf die Richtwirkung, insbesondere bei dem Beamforming zur Einstellung der Richtungscharakteristik sowohl im tieffrequenten als auch im hochfrequenten Bereich auf und können darüber hinaus auch zur Vermeidung von räumlichen Aliasing-Effekt beitragen.
  • Die durch die Schallwandler-Arrays 60 und 70 erreichte Konzentrierung von Schallwandlern des Typs B im Zentrum 60i und 70i und von Schallwandlern des Typs A im Außenbereich 60a und 70a kann auch durch eine Schallwandleranordnung mit zwei Ebenen erreicht werden, wie es Bezug nehmend auf Fig. 2d beschrieben wird.
  • Die Fig. 2d zeigt einen Lautsprecher-Array 80 mit einer Vielzahl von Schallwandlern 52a-52h (Typ A), die linienförmig (direkt) nebeneinander in einer ersten Ebene angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das Schallwandler-Array 80 eine Vielzahl von Schallwandlern 54a-54h (Typ B), die ebenfalls (aneinander angrenzend) linienförmig nebeneinander angeordnet sind. Diese zwei Schallwandlertypen 52a-52h und 54a-54h sind in zwei unterschiedlichen Ebenen, d.h. also hintereinander oder auch versetzt bzw. übereinander angeordnet. Beide Anordnungen der Linienarrays habe gemein, dass die Linie auf welche die Schallwandler 52a-52h und 54a-54h angeordnet werden, gleich im Sinne von parallel ist. Somit ist es trotz der direkten Nebeneinanderanordnung der Schallwandler des gleichen Typs 52a-52h bzw. 54a-54h möglich, dass der mittlere Abstand dB der Schallwandler des Typs B (54a-54h) kleiner ist als der mittlere Abstand dA der Schallwandler des Typs A (52a-52h).
  • Es sei angemerkt, dass es für dieses Ausführungsbeispiel unerheblich ist, ob die Schallwandler des Typs A in der ersten oder zweiten Ebene angeordnet sind und umgekehrt auch, ob die Schallwandler des Typs B in der ersten oder zweiten Ebene angeordnet sind.
  • Optionaler Weise ist es jedoch wichtig, dass die Schallwandler des Typs B, die also bevorzugt mit einem geringeren mittleren Abstand dB angeordnet werden, im Zentrum der Schallwandleranordnung des Typs A positioniert werden, so dass auch durch dieses Ausführungsbeispiel des Lautsprecher-Arrays eine Konzentration von Schallwandler für den Hochfrequenzbereich im Zentrum erfolgen kann.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch möglich, dass weitere Schallwandler, z.B. Schallwandler des Typs C in einer dritten Ebene angeordnet werden.
  • Bezug nehmend auf die Lautsprecheranordnungen aus den Fig. 2a-2d sei angemerkt, dass den Einzelwandlern 52a-52h bzw. 54a-54h komplexe Richtungscharakteristika, z.B. durch Schallführungen oder durch den Schallwandler selbst zugeordnet werden können.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Kombination aus mehreren Linienarrays, wie z.B. die Arrays 50 und 60, so dass ein flächiges Lautsprecher-Array gebildet wird. Die Linienarrays 50 oder 60 können hier eine unterschiedliche Anzahl an Schallwandlern aufweisen, so dass sich beispielsweise auch unterschiedliche Längen der Linienarrays ergeben. Ferner wäre es auch denkbar, dass die Schallwandlerabstände je Linienarray, z.B. aufgrund dessen, dass unterschiedliche Schallwandlertypen eingesetzt werden, variieren. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann jedes Linienarray in sich unterschiedliche Schallwandlertypen umfassen, wobei die Kombination von Linienarrays mit je einem Typ pro Linienarray zu bevorzugen ist. Ein Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Linienarrays mit dem Schallwandlertyp A drei Linienarrays mit dem Schallwandlertyp B einschließen. So wird dann ein flächiges Lautsprecher-Array gebildet, bei dem ein bestimmter Typ an Schallwandlern im Zentrum konzentriert ist.
  • Bezug nehmend auf Fig. 3 wird nachfolgend eine Erweiterung für die obigen Lautsprecher-Arrays beschrieben, wobei die Erweiterung nicht auf solche Arrays oder den KFZ-Bereich beschränkt ist.
  • Fig. 3 zeigt ein Lautsprecher-Array 90, hier ausgeführt als Kombination von acht Schallwandlern 52a-52h des gleichen Typs. Jeder dieser Schallwandler 52a-52h bzw., um genau zu sein, die Membran 56 der Schallwandler 52a-52h ist auf seiner Abstrahlseite mit einer Schallführung 92a-92h gekoppelt. Diese Schallführungen 92a-92h sind trichterförmige und optionaler Weise gebogenen Elemente, so dass die Schallaustrittsöffnungen (vgl. Bezugszeichen 94) der Schallführung 92a-92h kleiner (in allen bzw. zumindest einer Dimension) sind als die Schalleinlassöffnungen (vgl. Bezugszeichen 56) auf Seite der elektroakustischen Schallwandler 52a-52h. Der Trichter der Schallführung 92a-92h ist so ausgebildet, dass der Schalleingang 56 im Vergleich zu der Schallaustrittsöffnungen 94 versetzt ist, wobei je nach Kombination mit einem Schallwandler 52a-52h ein unterschiedliches Versetzungsverhältnis benutzt wird, so dass die Gesamtfläche der Schallaustrittsöffnungen insgesamt reduziert werden kann.
  • Hierdurch können die Schallaustrittsöffnungen 94 der Schallführungen 92a-92h dicht nebeneinander mit einem mittleren Abstand dS angeordnet werden. Infolgedessen wird trotz eines flächig groß ausgedehnten Lautsprecher-Arrays 90 einen sehr kleinen mittleren Abstand dS zwischen den Schallaustrittsöffnungen 94 (insbesondere im Vergleich zu dem mittleren Abstand dA) erreicht, was zu einer verbessert einstellbaren Richtungscharakteristik (aufgrund der Verringerung der Schallabstrahlfläche durch den kompakten Abstand dS der Schallaustrittsöffnungen 94 bzw. aufgrund des reduzierten virtuellen Schallwandler-Abstands dS) und besseren Positionierbarkeit der Arrays (z.B. im Fahrzeug) beitragt.
  • Die Kombination der Schallführung 92a-92h mit einem der Lautsprecher-Arrays 50, 60, 70 oder 80 ist möglich, so dass ein Einsatz der Schallführung auch für die Ausführungsbeispiele des Lautsprechersystems 1, 1' oder 1" aus den Figs. 1a-1d in Frage kommt. Hierdurch ist es dann (wie oben bereits angedeutet) auch möglich, die Schallführung 92 derart zu gestalten, dass das eigentliche Schallwandler-Array 90 (oder auch 50, 60, 70, 80), z.B. aus Platzgründen, an geeigneter Stelle im Auto (z.B. im Kofferraum) untergebracht ist und die Schallführung 92 den Schall zum entsprechenden Schallauslasspunkt, z.B. im Dach, führt, was eine platzsparende Installation ermöglicht.
  • Bezug nehmend auf Fig. 1 sei angemerkt, dass die Anordnung der Lautsprecher bzw. Lautsprecher-Arrays des Lautsprechersystems auch mit einer vorgegebenen Ausrichtung, z.B. auf die Hörpositionen 12a-12d erfolgen kann, so dass eine gerichtete Abstrahlung je Schallwandler möglich ist, was zu einer Reduzierung des Einflusses auf die Raumakustik in den Schallzonen durch die Position der Lautsprecher beiträgt.
  • Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine Signalsteuerungsvorrichtung geschaffen werden, die das Array 20 bzw. die erweiterten Arrays 50, 60, 70, 80, 90 entsprechend den oben beschriebenen Prinzipien (vgl. Monowiedergabe der Hörzone 12a-12d oder Stereowiedergabe der Hörzone 12a-12d) steuert und somit die Ausbildung der entsprechenden Anzahl an hochfokussierten Schallabstrahlungsbeams 22a-22d, 22aL, 22aR ermöglicht.
  • Bezug nehmend auf Fig. 1 sei weiter angemerkt, dass unter den nutzerspezifischen Signalen auch das Einblenden anderer Audioinformationen, wie z.B. in Infotainment-Signalen oder Telekommunikationsaudio in eine bestimmte Hörzone, z.B. die Fahrer-Hörzone 12a, verstanden werden kann.
  • Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann das Lautsprechersystem eine Frequenzweiche oder einen Prozessor umfassen, der ausgebildet ist, um das Eingangssignal, wenn es nur einen Hörinhalt umfasst (d.h. einen Inhalt für eine Person an einer jeweiligen Hör-/Sitzposition), die mittleren und höheren Frequenzen dem Array, z.B. in der Art, dass Beamformen betrieben werden kann, bereitzustellen und die tiefen Frequenzen an den Körperschallwandler der jeweiligen Sitzposition auszugeben. Im Fall, dass der wiederzugebende Audioinhalt mehrere parallele, z.B. für unterschiedliche Hör-/Sitzpositionen bestimmte Inhalte umfasst, ist die Frequenzweiche bzw. der Audioprozessor dazu ausgebildet, um die mittleren und höheren Frequenzen aller wiederzugebenden Audioinhalte an das Array bereitzustellen und zwar in der Art, dass mittels Beamforming die Audioinhalte separiert für die verschiedenen Hörzonen an den verschiedenen Hörpositionen wiedergegeben werden, während die tieferen Frequenzen separiert an die unterschiedlichen Körperschallwandler der unterschiedlichen Sitze bzw. Hörpositionen abgespaltet und weitergeleitet werden. Das bietet in Summe den Vorteil, dass mittlere und höhere Frequenzen für die verschiedenen Hörpositionen mittels des Arrays gerichtet wiedergegeben werden, während die tiefen Frequenzen nur lokal über den Körperschallwandler dargestellt werden. Hintergrund für dieses Vorgehen ist, dass insbesondere die Tiefenfrequenzen nicht so gut über Arrays gerichtet werden können, so dass eine Separierung dieser mittels Beamforming häufig Schwierigkeiten bereitet. Durch den Einsatz der Körperschallwandler, die explizit den einzelnen Sitz- bzw. Hörpositionen zugeordnet sind, kommt es nicht zur Überlagerung der Schallsignale dieser Schallwandler.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern, die auf einer ersten Linie angeordnet sind, und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern, die auf der ersten Linie oder einer zu der ersten Linie parallelen Linie angeordnet sind. Hierbei ist ein mittlerer Abstand (dB) zwischen den ersten elektroakustischen Schallwandlern kleiner als ein mittlerer Abstand (dA) zwischen den zweiten elektroakustischen Schallwandlern.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern, die in einem ersten flächigen Bereich angeordnet sind, und einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern, die in dem ersten flächigen Bereich angeordnet sind. Hierbei ist eine mittlere Dichte der ersten elektroakustischen Schallwandler kleiner als eine mittlere Dichte der zweiten elektroakustischen Schallwandler.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Lautsprecher-Array mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern, die mit ersten Schallführungen zur Schallausgabe in einem ersten Bereich gekoppelt sind, wobei jede Schallführung eine Schallaustrittsöffnung umfasst Hier ist die Mehrzahl der Schallaustrittsöffnungen so angeordnet, dass ein mittlerer Abstand (dS) zwischen den Schallaustrittsöffnungen kleiner ist als ein möglicher mittlerer Abstand (dA) zwischen den nebeneinander angeordneten elektroakustischen Schallwandlern .
  • Bezug nehmend auf das Lautsprecher-Array 20 aus Fig. 1a-1d sei angemerkt, dass die in den schematischen Skizzen dargestellten geometrischen Ausrichtungen der Schallwandler 20a-20h im Lautsprecher-Array 20 fiktiv ist und nicht notgedrungen mit der Realität übereinstimmen. So kann die Ausrichtungen der einzelnen Schallwandler 20a-20h entsprechend abweichen oder sogar von Position zu Position variieren (stark gekippt zur ersten Seite, gekippt zur ersten Seite, nach unten, gekippt zur zweiten Seite, stark gekippt zur zweiten Seite).
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschänkt sei.

Claims (15)

  1. Lautsprechersystem (1, 1', 1") für ein Fahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
    ein Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) mit einer Mehrzahl an elektroakustischen Schallwandlern (20a-20h, 52a-52h, 54a-54i) die individuell ansteuerbar sind, so dass über die Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a-20h, 52a-52h, 54a-54i) ein nutzerspezifisches Audiosignal für verschiedene Nutzer an unterschiedlichen Hörpositionen (12a-12d) in einem Fahrzeuginnenraum (10) des Fahrzeugs wiedergebbar ist,
    wobei das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) in einem Dachhimmel des Fahrzeugs, mittig zwischen allen Hörpositionen (12a-12d) in dem Fahrzeuginnenraum (10) angeordnet ist, so dass ein Abstand zwischen dem Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90) und allen der Hörpositionen (12a-12d) mit einer Abweichung von +/- 30% gleich ist;
    wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") je Hörposition mindestens ein Zusatzlautsprechersystem umfasst, das mindestens einen Zusatzlautsprecher (30a, 30d) oder ein Zusatzlautsprecher-Array aufweist,
    wobei das Zusatzlautsprechersystem einen Körperschalllautsprecher (35b, 35d) aufweist, der in einem der Hörposition zugeordneten Fußraum, in einem der Hörposition zugeordneten Sitz und/oder in einer der Hörposition zugeordneten Kopfstütze angeordnet ist und/oder der so mit dem der Hörposition zugeordneten Sitz mechanisch gekoppelt ist;
    wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") ausgebildet ist, um unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a-20h, 52a-52h, 54a-54i) des Lautsprecher-Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) akustisches Beam-Forming zur Ausbildung der Schallkeulen (22a-22d, 22aL, 22aR) zu betreiben;
    wobei mittlere und höhere Frequenzen für die verschiedenen Hörpositionen mittels des Arrays (20, 50, 60, 70, 80, 90) gerichtet wiedergegeben werden, während die tiefen Frequenzen nur lokal über den Körperschallwandler dargestellt werden.
  2. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusatzlautsprechersystem näher an dem Nutzer ist als das Lautsprecher-Array (20, 50, 60, 70, 80, 90).
  3. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusatzlautsprechersystem in einem der Hörposition zugeordneten Sitz, einer der Hörposition zugeordneten Position der A-Säule, der B-Säule, der C-Säule und/oder des Dachhimmels und/oder in einer der Hörposition zugeordneten Kopfstütze angeordnet ist.
  4. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusatzlautsprechersystem ausgebildet ist, einen Schall (32al, 32d, 36b, 36d) so auszugeben, dass ein Großteil des Schalls (32al, 32d, 36b, 36d) in Bezug auf die weiteren der Hörpositionen (12a-12d) an der entsprechend Hörposition (12a-12d) ankommt.
  5. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusatzlautsprechersystem näher an einem Ohr des Nutzers angeordnet ist als an dem anderen Ohr des Nutzers.
  6. Lautsprecher-Array (60, 70, 80) gemäß Anspruch 5, wobei das Lautsprecher-Array (60, 70, 80) eine weitere Mehrzahl an dritten elektroakustischen Schallwandlern umfasst.
  7. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") unter Zuhilfenahme des Zusatzlautsprechersystems ausgebildet ist, um Stereo je Hörposition (12a-12d) oder um Mono mit lokaler Pegelanhebung wiederzugeben.
  8. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") ausgebildet ist, um unter Zuhilfenahme der Mehrzahl der elektroakustischen Schallwandler (20a-20h, 52a-52h, 54a-54i) pro Hörposition (12a-12d) mindestens zwei Schallkeulen (22aL, 22aR) oder eine Stereo-Schallkeule zu erzeugen; und/oder
    wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") ausgebildet ist, um unter Nutzung von Übertragungsfunktionen, welche psychoakustische Effekte emulieren, Schallquellen virtuell im Raum (10) zu positionieren.
  9. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Beam-Forming auf der direkten und/oder indirekten Schallwiedergabe in Bezug auf den Nutzer basiert.
  10. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Schalldruckpegel und/oder eine Abstrahlrichtung je Beam, der einer Hörposition zugeordnet ist, so gewählt sind, dass der Schalldruckpegel an anderen Hörpositionen (12a-12d) nach Absorption und/oder Reflexion unter einer Mithörschwelle liegt.
  11. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") ausgebildet ist, Beam-Forming unter Berücksichtigung einer Sitzeinstellung oder einer Kopfposition des Nutzers an der Hörposition zu betreiben und/oder die Schallkeulen (22a-22d, 22aL, 22aR) in Abhängigkeit von der Sitzeinstellung oder/oder der Kopfposition des Nutzers nachzuführen.
  12. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") eine Steuerung umfasst, die ausgebildet ist, die elektroakustischen Schallwandler (20a-20h, 52a-52h, 54a-54i) individuell anzusteuern.
  13. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Lautsprechersystem (1, 1', 1") ein Lautsprecher-Array (60, 70, 80) mit folgenden Merkmalen:
    einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a-54i), die auf einer ersten Linie angeordnet sind; und
    einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern (52a-52h), die auf der ersten Linie oder einer zu der ersten Linie parallelen Linie angeordnet sind,
    wobei ein mittlerer Abstand (dB) zwischen den ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a-54i) kleiner ist als ein mittlerer Abstand (dA) zwischen den zweiten elektroakustischen Schallwandlern (54a-54i);
    oder ein Lautsprecher-Array (70) mit folgenden Merkmalen:
    einer Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a-54i), die in einem ersten flächigen Bereich (70i) angeordnet sind; und
    einer Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern (52a-52h), die in dem ersten flächigen Bereich (70a) angeordnet sind,
    wobei eine mittlere Dichte der ersten elektroakustischen Schallwandler (54a-54i) kleiner ist als eine mittlere Dichte der zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a-52h)
    umfasst.
  14. Lautsprechersystem (1, 1', 1") gemäß Anspruch 13, wobei die Mehrzahl an ersten elektroakustischen Schallwandlern (54a-54i) ringsherum durch die Mehrzahl an zweiten elektroakustischen Schallwandlern (52a-52h) umgeben ist; und/oder
    wobei mindestens zwei der ersten elektroakustischen Schallwandler (54a-54i) durch zwei der zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a-52h) eingerahmt sind
  15. Lautsprechersystem gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei die ersten elektroakustischen Schallwandler (54a-54i) ausgebildet sind, um einen ersten Frequenzbereich definiert durch eine erste Mittenfrequenz wiederzugeben, und die zweiten elektroakustischen Schallwandler (52a-52h) ausgebildet sind, einen zweiten Frequenzbereich definiert durch eine zweiten Mittenfrequenz wiederzugeben,
    wobei die erste Mittenfrequenz höher ist als die zweite Mittenfrequenz.
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