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Die
Erfindung betrifft ein Anschlussmodul für einen Schallwandler, insbesondere
für einen
Lautsprecher. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Lautsprecherbaugruppe
und durch die Zusammenstellung mehrerer Lautsprecherbaugruppen zu
einer Beschallungsanlage betrifft sie auch eine Beschallungsanlage
sowie ein Verfahren für
den Betrieb einer solchen an einem IP-Netzwerk. Die Erfindung betrifft
außerdem
ein Schiff.
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Es
ist bekannt für
Beschallungsanlagen ein so genanntes 100V-System einzusetzen. Bei umfangreichen
Lautsprecheranlagen müssen
größere Entfernungen
zwischen einem Anlagenverstärker und
den Lautsprechern leitungsgebunden überwunden werden. Ein 100V-System
funktioniert grundsätzlich
wie eine Energieübertragungsleitung.
D.h. elektrische Leistung kann über
vergleichsweise dünne
Leitungsquerschnitte und dennoch mit geringen Leitungsverlusten
transportiert werden. Das bedeutet, dass das Lautsprechersignal
am Anlagenverstärker
mittels eines Übertragers
auf 100V hoch transformiert wird und am Lautsprecher muss das 100V-Niveau
auf die Nennbetriebsspannung des meist niederohmigen Lautsprechers
wieder herunter transformiert werden. Die Qualität und die Dimensionierung dieser Übertrager
sind absolut entscheidend für
die Klangqualität
des gesamten Systems und müssen immer
wieder individuell angepasst werden.
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Ein
Lautsprecher für
ein 100V-System weist einen solchen Übertrager, der die entsprechende
Anpassung an die niedrige Impedanz des Chassis vornimmt, auf. Zusätzlich haben
die Kabel einen Einfluss auf die Wiedergabequalität. In ihrem
Querschnitt zu gering gewählte
Kabel verschlechtern die Qualität
erheblich. Auch bei 100V-Systemen sollten die Kabel einen Querschnitt
von 1,5mm2, bei größeren Längen, über etwa 40m, 2,5mm2 nicht unterschreiten. Auch auf die Feinlitzigkeit
der Kabel ist zu achten. Bei großen Anlagen wie beispielsweise
eine Sportarena oder ein Hotel ist der hohe Kosten- und Installationsaufwand
für die
Verkabelung ein Nachteil. Ein weiterer Nachteil ist die Klangqualität, denn
speziell im Bereich tiefer Frequenzen entstehen im Kern des Übertragers
hohe magnetische Feldstärken.
Gerät das Kernmaterial
in den Bereich der Sättigung,
so arbeitet der Übertrager
nicht mehr linear, hörbare
Verzerrungen sind die unausweichliche Folge.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Anschlussmodul für einen
Schallwandler anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik mit
einem deutlich reduzierten Kabel- und Installationsaufwand auskommt,
damit einhergehende Zeit- und Kostenersparnis ermöglicht,
mit gleichzeitiger Verbesserung der Klangqualität. Es soll auch ein entsprechendes
Verfahren angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird bezogen auf das eingangs genannte Anschlussmodul gemäß der Erfindung
durch eine Schnittstelle zum Anschluss eines Schallwandlers an ein
IP-Netzwerk gelöst.
Durch das Anschlussmodul mit der erfindungsgemäßen Schnittstelle können Schallwandler
an bestehende IP-Netzwerke angeschlossen und betrieben werden. So
ist eine Zusatzverkabelung für
eine Beschallungsanlage oder für
eine bestimmte Gruppenverteilung von Lautsprechern hinfällig geworden.
Bei Nutzung eines schon vorhandenen IP-Netzwerks sind Kabel- und Installationsaufwand
sehr gering.
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Unter „IP-Netzwerk" wird im Zusammenhang mit
der Erfindung ein Netzwerk für
die Kommunikation oder den Datenaustausch nach dem Internet Protokoll
verstanden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den von dem Patentanspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
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Es
ist insbesondere vorteilhaft, dass die Schnittstelle mit einem Mittel
zum Decodieren von über
das IP-Netzwerk geführten
digitalisierten Audiodaten hergerichtet ist.
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Mit
einer solchen Ausführungsform
lassen sich Voice-over-IP-Daten,
also kodierte Audiodaten, in Analogdaten umsetzen.
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Unter „Voice-over-IP" versteht man den Transport
von Sprache über
Datennetzwerke.
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Falls
das Mittel zum Decodieren ein Mikrocontroller ist, so ist das in
einer Ausgestaltungsvariante besonders vorteilhaft. Da ein Mikrocontroller
beliebige Logiken realisieren und annähernd jede digitale Schaltung
ersetzen kann, ist er zum Dekodieren der Daten hergerichtet, insbesondere
programmiert. Heutige Mikrocontroller sind so leistungsstark, dass sie
neben der Decodierung weitere funktionelle Aufgaben innerhalb der
Schnittstelle übernehmen
können.
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In
einer weiterführenden
vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Mikrocontroller bei an das IP-Netzwerk
angeschlossener Schnittstelle programmierbar, insbesondere zu Wartungs-
und/oder Diagnosezwecken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Programmcode
im Mikrocontroller im eingebauten und/oder im angeschlossenen Zustand
veränderbar, bzw.
austauschbar ist. Es können
beispielsweise Software-Updates oder Parameterlisten in den Mikrocontroller,
ohne die Schnittstelle zu demontieren, eingespielt werden.
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Eine
weitere Steigerung der dynamischen Änderung und oder Anpassung
der Firmware, also der Software im Mikrocontroller, wird dadurch
erreicht, dass die Schnittstelle zur Programmierung und/oder Wartung über das
IP-Netzwerk, insbesondere ausgehend von einer entfernten Warte,
hergerichtet ist. Mit einer solchen Ausführungsform sind einzelne Schallwandler
mit ihren Anschlussmodulen von einer zentralen Leitstelle überwach-
und steuerbar. Ein Servicetechniker kann sich mit Hilfe einer Fernüberwachung
gezielt ein defektes oder ein softwaretechnisch veraltetes Anschlussmodul
heraussuchen und Maßnahmen
ergreifen. Auch eine Parameteränderung,
beispielsweise eine Ausgangsleistungsanpassung, ist aus der Ferne
realisierbar. Dies spart Zeit und Personalkosten.
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Zweckmäßig ist,
dass die Schnittstelle zur Datenreduzierung derart hergerichtet
ist, dass zur Datenübertragung über das
IP-Netzwerk ein Audiokompressionsverfahren, beispielsweise das Vorbis-Format,
nutzbar ist. Durch ein Audiokompressionsverfahren ist die Datenmenge
der Übertragung auf
ein Vielfaches reduzierbar, das Netz wird entlastet und die Daten
sind ohne nennenswerte Kollisionen übertragbar.
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Das
Vorbis-Format bzw. -Verfahren ist numerisch einfach gestaltet, was
den Einsatz eines einfachen Mikrocontrollers erlaubt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schnittstelle
einen Verstärker
zum Verstärken
der decodierten Audiodaten auf. Die so verstärkten decodierten Audiodaten
können
sodann auch in einer lauten Umgebung mit einem entsprechend leistungsstarken
Schallwandler wahrgenommen werden.
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Vorzugsweise
ist in die Schnittstelle eine Stromversorgungseinrichtung integriert.
Mit der Stromversorgungseinrichtung im Anschlussmodul ist die Schnittstelle
unabhängig
von einem möglichen Batteriebetrieb
betreibbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Stromversorgungseinrichtung über das IP-Netzwerk, beispielsweise
mit der Power-over-LAN-Technologie, speisbar. Für Schallwandler kleiner oder
mittlerer Leistungsklassen ist die Leistung, die mit der Power-over-LAN-Technologie
bereitgestellt wird, ausreichend, um den Mikrocontroller und den
Verstärker sicher
betreiben zu können.
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Zweckmäßig ist,
dass die Schnittstelle einzeln am IP-Netzwerk und/oder in einer
Reihenschaltung, die aus mindestens zwei hintereinander geschalteten
Schnittstellen besteht, am IP-Netzwerk betreibbar
ist. Durch diese Möglichkeit
der Verschaltung ist ein mit den Anschlussmodulen ausgestattetes
Schallwandlersystem äußert flexibel
und dynamisch einsetzbar. Beispielsweise kann ein einzelner Schallwandler
in einem Hotelzimmer oder in einer Schiffskabine den Gast oder Passagier
mit Nachrichten versorgen. Der Schallwandler muss nur über das Anschlussmodul
an das sowieso vorhandene IP-Netzwerk angeschlossen werden. Mit
einer Reihenschaltung von Schnittstellen kann beispielsweise ein
langer Korridor versorgt werden. Zusätzlich lassen sich mit dieser
Möglichkeit
zum einen nochmals Kabel- und Installationskosten sparen und zum
anderen wird eine Redundanz der Anbindung durch eine virtuelle Ringstruktur
erreicht. Dies setzt allerdings mindestens eine zweite Verbindung
mit dem IP-Netzwerk voraus, beispielsweise am Anfang und am Ende der
Reihenschaltung, je eine Verbindung zum IP-Netzwerk.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung ist, dass die Schnittstelle für den Betrieb in einer Reihenschaltung
eine Durchschaltevorrichtung, beispielsweise ein Relais zum Durchschalten
von Signalwegen, aufweist, derart, dass bei Unterbrechung der Stromversorgung
der IP-Netzwerk-Anschluss der nachfolgenden Schnittstelle, gewährleistet
ist. Durch die Durchschaltevorrichtung können Reihenschaltungen von
Schnittstellen mit Vorteil sicher betrieben werden.
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Zweckmäßigerweise
bilden der Schallwandler und das Anschlussmodul eine bauliche Einheit, nämlich eine
Lautsprecherbaugruppe. Für
den universellen Einsatz und für
eine sehr einfache Montage ist die Lautsprecherbaugruppe, beispielsweise
Bestandteil eines Baukasten-Systems und mit allen nach außen geführten Anschlüssen leicht
in die bestehende Infrastruktur zu integrieren.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
ist eine Beschallungsanlage mit mindestens einer Lautsprecherbaugruppe
und/oder mindestens einem Anschlussmodul, die durch ein IP-Netzwerk und/oder
mit einem IP-Netzwerk in Verbindung stehen. Eine derartige Beschallungsanlage
grenzt sich mit allen zuvor genannten Vorteilen vom Stand der Technik
ab.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Beschallungsanlage
gekennzeichnet durch eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten:
- – Kanalunterteilung,
- – Mehrprogrammfähigkeit,
- – Rufgruppenzuteilung,
- – Adressierbarkeit
der Rufgruppen,
- – Einzeladressierbarkeit
der Lautsprecherbaugruppen,
- – Bereitstellung
einer Audio-on-Demand-Funktion,
- – Diagnosemöglichkeit
der Lautsprecherbaugruppen,
- – dynamische
Parametrierbarkeit der Lautsprecherbaugruppen.
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Der
Vorteil einer Kanalunterteilung bei Beschallungsanlagen besteht
darin, dass verschiedene Kanäle
permanent im IP-Netzwerk
verfügbar
sind und über
die jeweils parametrierten Lautsprecherbaugruppen ausgegeben werden
können.
D.h. eine softwaremäßige Kanaleinstellung
an der Lautsprecherbaugruppe ermöglicht
die Ausgabe eines anwendungsspezifischen Tonkanals.
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Ist
die Anlage mehrprogrammfähig,
so kann mit Vorteil an beispielsweise einem bestimmten Lautsprecher
ein zeitlich vorgegebenes Programm ablaufen, z.B. sind für einen
Schichtbetrieb programmgesteuert verschiedene Ansagen zu verwenden.
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Eine
Rufgruppenzuteilung ist besonders vorteilhaft für die Bereitstellung von Informationen
oder Ansagen für
einen bestimmten Personenkreis, der aber zusätzlich in der gegebenen Infrastruktur
dezentralisiert angeordnet ist. Beispielsweise würden in einem Krankenhaus auf
den unterschiedlichsten Sta tionen nur die Schwesternzimmer zu einer
Rufgruppe zusammengeschlossen werden.
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Eine
weiterführende
vorteilhafte Funktion ist die Adressierbarkeit der Rufgruppen. So
können
dynamisch bestimmte Personenkreise dazu genommen oder von den Ansageinformationen
ausgeschlossen werden.
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Vorzugsweise
weist eine erfindungsgemäße Beschallungsanlage
auch die Funktion der Einzeladressierbarkeit auf. Dies bedeutet,
dass beispielsweise ein Hotelgast individuelle Informationen über die
Beschallungsanlage in sein Hotelzimmer bekommen kann. Die Voraussetzung
für eine
Bereitstellung von Audio-on-Demand ist die Einzeladressierbarkeit. Wiederum
bei dem Beispiel des Hotelzimmers kann somit dem Gast ein von ihm
eigens gewünschtes Hörspiel in
seinem Zimmer abgespielt werden.
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Eine
Beschallungsanlage im Zusammenspiel mit mehreren leistungsfähigen Servern
und Leitständen
weist vorteilhafterweise eine Diagnosemöglichkeit der Lautsprecherbaugruppen
auf. An einem übergeordneten
Leitstand kann somit beispielsweise die Funktion der Lautsprecherbaugruppe überprüft werden,
ob ein Defekt vorliegt, mit oder auf welcher Lautstärke die
Baugruppe eingestellt ist, welcher Softwarestand z.Zt. im Mikrocontroller
implementiert ist, welcher Parameterliste vorliegt, usw. Die dynamische
Parametrierbarkeit einer Lautsprecherbaugruppe ist dann von großem Vorteil,
wenn es beispielsweise darum geht, jede einzelne Lautsprecherbaugruppe
auf ihr individuelles Umfeld anzupassen.
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Eine
vorteilhafte Verwendung der Beschallungsanlage ist auf einem Schiff,
welches ein IP-Netzwerk aufweist.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird bezogen auf das eingangs genannte
Verfahren auch dadurch gelöst
dass, unter Verwendung einer Schnittstelle über das IP-Netzwerk geführte digitali sierte
Audiodaten dekodiert werden und dass, die dekodierten analogen Daten über einen
an die Schnittstelle angeschlossenen Schallwandler hörbar gemacht
werden.
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Mittels
Software, die aus zwei Teilen besteht, zum einen die Firmware, also
die Software die in den Mikrocontrollern bzw. in den Schnittstellen
ablauffähig
ist, und zum anderen die Leittechniksoftware, die die Voice-over-IP-Daten
in dem IP-Netzwerk
steuert, werden einzelne oder mehrere der folgenden Forderungen
einer Beschallungsanlage weiterhin optional optimiert:
- – Möglichst
breites Frequenzspektrum im gesamten Raum,
- – Geringste
Verzerrungen auch bei hohen Schalldruckpegeln,
- – Ausreichende
Leistungsreserven für
dynamische Wiedergabe,
- – Berücksichtigung
von Signallaufzeiten,
- – Gleichmäßige Schalldruckverteilung
im Raum,
- – Hoher
Störabstand,
- – Bestmögliche Sprachverständlichkeit,
- – Geringe
Neigung zur akustischen Rückkopplung.
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Bevorzugte,
jedoch keinesfalls einschränkende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung
ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigt die
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1 ein
Anschlussmodul für
einen Schallwandler,
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2 eine
Lautsprecherbaugruppe,
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3 eine
Beschallungsanlage.
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1 zeigt
ein Anschlussmodul 2 zum Anschließen eines Schallwandlers 12 an
ein IP-Netzwerk 6. Das Anschlussmodul 2 ist als
robustes, flaches, spritzwassergeschütztes Gehäuse zur Aufnahme einer Schnittstelle 4 ausgeführt. Mittels
des Anschlussmoduls 2 wird die Schnittstelle 4 mit
den Anschlüs sen
für das
IP-Netzwerk 6, für
einen Powerbus-A 30 und für den Schallwandler 12 versorgt.
Zur physikalischen Anbindung des IP-Netzwerks 6 steht ein
PHY-MAC-Baustein 22 zur Verfügung. Der PHY-MAC-Baustein
ist ein Single-Chip Ethernet Controller. Über nicht dargestellte RJ-45-Buchsen
kann eine eingehende Leitung und eine ausgehende Leitung des IP-Netzwerks 6 an
den PHY-MAC-Baustein 22 angeschlossen werden.
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Der
PHY-MAC-Baustein 22 beinhaltet eine Durchschaltevorrichtung 20.
Die Durchschaltevorrichtung 20 ist als ein Relais ausgeführt und
kann, bei Stromausfall, die Signalwege des IP-Netzwerkes 6 durchschalten.
Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Anschlussmodul 2 in
einer Reihenschaltung betrieben wird.
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Der
PHY-MAC-Baustein 22 steht mit einem Mikrocontroller 10 in
Verbindung. In dem Mikrocontroller 10 werden die Layer-2
bis Layer-4 des Ethernet-Protokollstack per Software umgesetzt.
Der Mikrocontroller 10 beinhaltet zusätzlich ein Mittel zum Dekodieren 8.
Dieses Mittel zum Dekodieren 8 dient zum Dekodieren der
nach einem Audiokompressionsverfahren reduzierten Daten. Das Mittel
zum Dekodieren 8 ist eine Software-Implementation nach dem
Audiokompressionsverfahren im Vorbis-Format, innerhalb des Mikrocontrollers 10.
Die so dekodierten Audiodaten sind die Eingangsgröße für einen D-A-Wandler 9.
Der D-A-Wandler 9 liefert als Ausgangsgröße die analogen
Audiodaten. Diese analogen Audiodaten werden einem Verstärker 16 zugeführt. Der
Verstärker 16 bereitet
die signalschwachen Audiodaten aus den D-A-Wandler 9 als
leistungsangepasste Audiodaten für
den Schallwandler 12 auf.
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Die
Schnittstelle 4 wird über
den Powerbus-A 30 mit Strom versorgt. Die Stromversorgungseinrichtung 18 ist
direkt an den Powerbus-A 30 angeschlossen und speist den
Mikrocontroller 10 und den Verstärker 16.
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2 zeigt
eine Lautsprecherbaugruppe 38 als bauliche Einheit der
Schnittstelle 4 mit einem Lautsprecher 14. Die
Lautsprecherbaugruppe 38 ist als robustes, witterungsbeständiges montierbares Gehäuse ausgeführt. Die
Lautsprecherbaugruppe 38 hat Anschlussmöglichkeiten für ein IP-Netzwerk 6, sowohl
als Eingangsgröße als auch
als Ausgangsgröße. Des
Weiteren verfügt
die Lautsprecherbaugruppe 38 über einen Anschluss für die Stromversorgung
mit dem Powerbus-A 30. Das in der Schnittstelle 4 erzeugte
Analogsignal ist über
einen integrierten Leistungsverstärker an den Lautsprecher 14 geführt.
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3 zeigt
eine Beschallungsanlage 50. Die Lautsprecherbaugruppen 41 bis 45 sind
in einer Reihenschaltung verschaltet. Für die Stromversorgung der Lautsprecherbaugruppen 41 bis 45 stehen
zwei Powerbusse, der Powerbus-A 30 und der Powerbus-B 32,
zur Verfügung.
Der Powerbus-A 30 versorgt die Lautsprecherbaugruppen 41, 43 und 45 mit Strom.
Der Powerbus-B 32 versorgt
die Lautsprecherbaugruppe 42 und die Lautsprecherbaugruppe 44 mit
Strom. Durch diese Art der Stromversorgung wird eine Art Stromversorgungsredundanz
aufgebaut, denn fällt
die komplette Stromversorgung des Powerbus-B 32 aus, so
können
immer noch die Lautsprecherbaugruppen 41, 43 und 45 über den
Powerbus-A 30 mit Strom versorgt werden. Die Durchschaltevorrichtung 20,
siehe 1, sorgt bei den jetzt stromlosen Lautsprecherbaugruppen 42 und 44 für das Durchschalten
der Signalwege für
das IP-Netzwerk 6.
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Die
Beschallungsanlage 50 hat zwei Einspeisepunkte für das IP-Netzwerk 6.
Das IP-Netzwerk 6 ist über
einen Switch 34 und über
einen Switch 36 an die Beschallungsanlage 50 angeschlossen.
Der Switch 34 steht mit der Lautsprecherbaugruppe 41 in Verbindung.
Der Switch 36 steht mit der Lautsprecherbaugruppe 45 in
Verbindung. Durch diese Art der IP-Netzwerk-Anschaltung wird eine Informationsredundanz
erreicht, denn bei Ausfall der Signalleitung zwischen dem Switch 34 und
der Lautsprecherbaugruppe 41 kann die gesamte Beschallungsanlage noch über den
Switch 36 durch die Verbindung zur Lautspre cherbaugruppe 45 mit
digitalisierten Audiodaten versorgt werden.