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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modifikation von innerhalb eines Raumes auszugebenden Audiosignalen, insbesondere zur Modifikation von Audioinhalten, die zur Distribution innerhalb einer Flugzeugkabine vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Flugzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Verfahren zur Modifikation von Audioinformation, ein Computerprogrammelement und ein computerlesbares Medium.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Bereich der Verteilung und Zuführung von Audiosignalen wird in vielen Anwendungsbereichen großer Wert auf eine hohe Qualität der Audiosignale und eine gute Wahrnehmbarkeit dieser an jedem Punkt eines Raumes Wert gelegt. Die Qualität und Lautstärke von Audioinhalten kann je nach Anwendungsbereich dem Komfort des Zuhörers dienen, wie zum Beispiel bei Stereoanlagen für den privaten Gebrauch oder bei Konzerten. Von einer guten Wahrnehmbarkeit von Audiosignalen an jedem Raumpunkt kann aber auch in bestimmten Situationen, wie beispielsweise im Flugverkehr bei wichtigen Durchsagen aus dem Cockpit, die Überlebenswahrscheinlichkeit von Passagieren abhängen.
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Es ist also insbesondere im Flugverkehr von großer Bedeutung, beispielsweise die Durchsagen des Piloten bzw. der Crew oder die Sicherheitsausführungen vor dem Abflug für die Passagiere an jedem Punkt der Flugzeugkabine gut hörbar zu machen.
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Heutzutage wird eine Distribution von Audioinhalten innerhalb der Flugzeugkabine, wie zum Beispiel Durchsagen, Bordmusik, Anweisungen und Chimes (Anschnallsignal, Glockenton) mittels einer Vielzahl von Einzellautsprechern, welche über die Länge der Kabine verteilt sind, realisiert. Die Lautsprecher sind dabei zum Beispiel in der Passenger Service Unit (PSU) über den Köpfen der Passagiere integriert und werden über sogenannte Passenger Interface Supply Adapter (PISA) angesteuert. Die Ausbreitung der von den Lautsprechern abgestrahlten Schallwellen kann dabei in grober Näherung mit von Punkt-Schallquellen kommenden Kugelwellen verglichen werden. Beispielsweise ist ein Lautsprechersystem für eine Flugzeugkabine aus
DE 10 2006 049 030 B3 bekannt.
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Ferner ist aus
US 2004/0 234 076 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation einer oder mehrerer Schallquellen an virtuellen Positionen bekannt. Des Weiteren sind Zeilenanordnungen von Lautsprechern zum Beispiel aus
US 2005/0 259 831 A1 ,
US 2006/0 159 286 A1 und
US 2008/0 212 805 A1 bekannt. Ein Verteiler für einen Hornlautsprecher ist aus
US 2003/0 132 056 A1 bekannt.
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Die Notwendigkeit, eine Vielzahl von Lautsprechern anzubringen, kann zu einem großen Installations-, Verkabelungs- und Wartungsaufwand führen. Ferner kann die große Anzahl von Lautsprechern mit einem hohen Energieverbrauch verbunden sein.
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Es kann daher als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen kann, bei vorzugsweise gleichbleibender oder geringerer Anzahl von Lautsprechern eine Verbesserung der Audiofunktion bzw. der innerhalb des Raums auszugebenden Audiosignale zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Modifikation von innerhalb eines Raums auszugebenden Audiosignalen beschrieben. Die Vorrichtung weist einen Eingang zum Zuführen von Audioinformation, eine Prozessoreinheit zum Modifizieren der Audioinformation, und mindestens zwei Ausgänge zum Weiterleiten jeweils modifizierter Audioinformation auf. Dabei ist die Prozessoreinheit dazu ausgestaltet, die Audioinformation derart zu modifizieren, dass durch jeweils an die Ausgänge anzuschließende Schallquellen eine quasi Linien-Schallquelle zur Ausgabe von der Audioinformation entsprechenden Audiosignalen realisiert wird.
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Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung gemäß dem ersten Aspekt auf einer Veränderung einer Audioinformation derart, dass diese an eine vordefinierte Anzahl von Lautsprechern, die an die Ausgänge einer Prozessoreinheit angeschlossen sind, zugeführt werden kann und dabei bei der Ausgabe von Audiosignalen durch die Lautsprecher bedingt durch das Zusammenwirken der modifizierten Audioinformation die vielen einzelnen Lautsprecher als eine Linien-Schallquelle wirken. Dazu wird eine Audioinformation, wie zum Beispiel die Durchsage eines Piloten, durch einen Eingang einer Prozessoreinheit zugeführt. In der Prozessoreinheit wird diese Audioinformation aufgrund von vorbestimmten Parametern und Algorithmen so verändert, dass die Audiosignale bei der Ausgabe an den Lautsprechern sich nicht gegenseitig auslöschen, sich aber so überlagern, dass eine gute Hörqualität und eine gute Lautstärke an jedem Punkt des Raumes gewährleistet ist. Dies wird durch Simulation einer Linien-Schallquelle erreicht. Die Linien-Schallquelle kann dabei durch kohärente Kopplung einer Vielzahl von Punkt-Schallquellen beispielsweise Lautsprechern erreicht werden. Die Anzahl der Ausgänge kann der Anzahl der Lautsprecher entsprechen, so dass die Audioinformation im Anschluss an die Verarbeitung in der Prozessoreinheit an den angeschlossenen Lautsprechern als Audiosignal ausgegeben werden kann.
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Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
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Die Modifikation der Audioinformation kann beispielsweise eine spektrale Zerlegung des Audioinhaltes sein. Ferner kann die Modifikation eine an die spektrale Zerlegung anschließende Veränderung der Frequenzen beinhalten. Des Weiteren kann die Modifikation eine zeitliche Veränderung wie zum Beispiel eine Verzögerung, Pegelanhebung und/oder -absenkung insbesondere auch von bestimmten durch die Prozessoreinheit berechneten Frequenzbändern sein. Die Modifikation der Audioinformation kann sowohl qualitativ als auch quantitativ sein. Beispielsweise können Parameter des anschließend ausgegebenen Audiosignals wie zum Beispiel Schalldruckpegel und Leistungsdichte an bestimmten Punkten im Raum verändert werden.
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Die Modifikation der Audioinformation in der Prozessoreinheit findet mit Hinblick auf die Ausgabe von Audiosignalen innerhalb eines Raumes statt. Die Audiosignalqualität lässt sich gut vorherbestimmen und durch die Modifikation beeinflussen, wenn der Raum geschlossen ist und zum Beispiel die Abmessungen des Raums bekannt sind. Der Raum kann aber auch eine Freifläche, wie zum Beispiel bei einem Open Air Konzert, sein.
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Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung stattfindende Modifikation kann mit elektrischen Mitteln geschehen. Das heißt die Modifikation beruht nicht auf mechanischen Mitteln, wie zum Beispiel Trichtern bzw. Waveguides, wie sie herkömmlich bei Open Air Konzerten eingesetzt werden, um einen Abstrahlungswinkel eines Lautsprechers zu verringern.
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Das Audiosignal, das durch Lautsprecher umgesetzt werden kann, kann ein Tonsignal sein, das akustische Informationen transportiert. Das Audiosignal kann durch das menschliche Gehör wahrnehmbar sein und in einem Bereich von etwa zwischen 20 Hz und 20 kHz liegen. Die Wahrnehmbarkeit des Audiosignals durch einen Zuhörer ist auch von einem Schalldruckpegel abhängig.
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Die Audioinformation, die in der Prozessoreinheit modifiziert wird, kann zum Beispiel ein analoges oder digitales akustisches Signal sein, das der Prozessoreinheit zugeführt wird. Im Falle eines analogen Signals, kann das Signal in der Prozessoreinheit in ein digitales Signal umgewandelt werden. Die Audioinformation kann Durchsagen, Anweisungen, Musik oder Töne beinhalten.
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Die Prozessoreinheit, in der die Modifikation der Audioinformation stattfindet, kann ein Rechner oder eine CPU (Central Processing Unit) sein. Vorzugsweise kann die Prozessoreinheit eine DSP-Einheit (Digital Signal Processor Einheit) sein. Die Prozessoreinheit kann geeignet sein, schnell eine große Anzahl von mathematischen Rechenoperationen an einem Datensatz durchzuführen. Die auf der Prozessoreinheit ausgeführten Algorithmen fungieren beispielsweise als ein Frequenzfilter mit einer sehr genauen Phasenauflösung.
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Die an die Prozessoreinheit gelieferte Audioinformation kann analog oder digital sein. Die Prozessoreinheit kann dazu ausgestaltet sein, analoge Information in digitale Information und umgekehrt umzuwandeln. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe von Analog-Digital-Wandlern und Digital-Analog-Wandlern, die in die Prozessoreinheit integriert sind, geschehen. Die Prozessoreinheit kann dazu ausgestaltet sein, die Audioinformation in Echtzeit zu verarbeiten bzw. zu modifizieren und an die Ausgänge und die daran angeschlossenen Schallquellen, wie zum Beispiel Lautsprecher zu liefern.
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Der Eingang der Vorrichtung kann mit weiteren Elementen, wie zum Beispiel einem Mikrofon oder einem Prozessor, in Verbindung stehen. Die Ausgänge der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mit Schallquellen, wie zum Beispiel Lautsprechern, in Verbindung stehen. Dabei können weitere Elemente, wie beispielsweise Verstärker, Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Wandler und weitere Prozessoren zwischen den Ausgängen und den Schallquellen integriert sein. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Ausgänge auf. Eine größere Anzahl von Ausgängen kann einem besseren Resultat bei der Simulation einer Linien-Schallquelle dienen.
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Durch die an den Ausgängen der Vorrichtung bereitgestellten Audioinformation kann eine Linien-Schallquelle simuliert werden. Die Linien-Schallquelle wird dadurch simuliert, dass die einzelnen an die Ausgänge angeschlossenen Schallquellen ein derart modifiziertes Audiosignal liefern, dass sich die einzelnen Signale überlagern. Diese Überlagerung der Signale ist derart vorgesehen, dass durch Interferenzen und zeitliche Verzögerungen der einzelnen Signale für einen Zuhörer der Eindruck einer Linien-Schallquelle entsteht.
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Eine Linien-Schallquelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Flächen mit gleicher Schwingungsphase als Zylinderflächen betrachtet werden können. Die abgestrahlte Leistung einer Linien-Schallquelle verteilt sich bei einer Verdoppelung des Abstandes des Zuhörers auf die doppelte Fläche. Die Leistungsdichte reduziert sich dabei um die Hälfte (–3 dB), entsprechend reduziert sich der Schalldruckpegel um den Faktor 0,707. Im Gegensatz dazu nimmt die Leistungsdichte bei einer punktförmigen Schallquelle, mit der ein einzelner Lautsprecher verglichen werden kann, mit zunehmendem Abstand schneller ab. Dies ist mit der größeren Oberfläche einer Kugelwelle, die von einer Punkt-Schallquelle ausgeht, zu erklären. Die Leistungsdichte würde sich bei einer punktförmigen Schallquelle theoretisch bei einer Verdoppelung des Abstandes eines Zuhörers um –6 dB reduzieren. Diese Werte beruhen auf theoretischen Berechnungen und können in der Praxis durch eine beispielsweise linienförmig ausgestaltete Schallquelle nicht optimal umgesetzt bzw. erreicht werden.
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Durch die erfindungsgemäße Modifikation der Audioinformation in der Prozessoreinheit kann durch eine Interferenz der von den einzelnen Lautsprechern ausgegebenen Audiosignale eine Linien-Schallquelle so gut simuliert werden, dass die theoretischen Werte erreichbar sein können. Dazu müssen die an den Ausgängen der Prozessoreinheit angeordneten Lautsprecher nicht zwingend auf einer Linie angeordnet sein, ihre Anordnung bzw. Position im Raum muss jedoch bekannt sein und als Parameter in der Prozessoreinheit vorliegen. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Lautsprecher dicht zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Abstand zweier an den Ausgängen angeordneter Lautsprecher kleiner als 10 cm, insbesondere kleiner als 5 cm. Der Abstand zwischen den Lautsprechern kann bevorzugter weise kleiner als die Abstrahlfläche des jeweiligen Lautsprechers sein.
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Durch die Simulation einer Linien-Schallquelle mit Hilfe einer Modifikation von Audioinformation in der Prozessoreinheit kann mit der gleichen Anzahl von Schallquellen eine bessere Signalqualität und Lautstärke erreicht werden. Dies impliziert, dass die Anzahl der Schallquellen reduziert werden kann und gleichzeitig die ursprüngliche Audioinformation beibehalten werden kann. Dies kann beispielsweise in einer Flugzeugkabine zu einer Verminderung des Installationsaufwandes, einer Verringerung des Verkabelungsaufwandes und ferner zu einem geringeren Wartungsaufwand führen. Ferner kann eine derartige Ausgestaltung eine schnellere Installation der Endlinie der Schallquellen ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prozessoreinheit dazu ausgestaltet, die Linien-Schallquelle durch angepasstes frequenzabhängiges Verzögern der Audioinformation zu simulieren.
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Angepasstes Verzögern kann dabei bedeuten, dass das Verzögern bestimmter Frequenzen oder Frequenzbereiche der Audioinformation an vorher bekannten Parametern beispielsweise der räumlichen Anordnung der Schallquellen orientiert ist. Ferner kann das frequenzabhängige Verzögern der Audioinformation auch an weitere Charakteristika der Schallquellen angepasst sein.
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Vor dem frequenzabhängigen Verzögern kann die Audioinformation zunächst in der Prozessoreinheit spektral zerlegt werden. Die zeitliche Verzögerung (auch Delay genannt) kann je nach Frequenz bzw. Frequenzbereich unterschiedlich ausfallen. Zum Beispiel können gleiche Frequenzen bzw. Frequenzbänder zeitversetzt an unterschiedlichen Schallquellen bereitgestellt werden.
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Durch das angepasste frequenzabhängige Verzögern der Audioinformation kann eine Interferenz der von den einzelnen Schallquellen ausgegebenen Audiosignale bewirkt werden und somit besser eine Linien-Schallquelle simuliert werden, was eine bessere Audiosignalqualität und Intensität mit sich ziehen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prozessoreinheit dazu ausgestaltet, die Audioinformation spektral zu filtern. Ferner ist die Prozessoreinheit dazu ausgestaltet, die Audioinformation bei der Modifikation in ihrer zeitlichen und/oder spektralen Zusammensetzung zu ändern.
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Das spektrale Filtern der Audioinformation kann ein Zerlegen in die einzelnen Frequenzen bzw. Frequenzbänder der Audioinformation beinhalten. Ferner kann das spektrale Filter ein anschließendes Selektieren von bestimmten Frequenzen bzw. Frequenzbändern beinhalten.
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Bei der Modifikation in der Prozessoreinheit wird die Audioinformation zeitlich und/oder spektral verändert. Bevorzugter weise wird die Audioinformation dabei sowohl verzögert als auch in ihrer spektralen Zusammensetzung verändert. Durch eine sowohl zeitliche als auch spektrale Änderung der Zusammensetzung der Audioinformation können die angestrebten Effekte einer Linien-Schallquelle besser erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Verstärkereinheit auf. Die Verstärkereinheit ist dabei ausgestaltet, die Audioinformation an mindestens einem der Ausgänge zu verstärken.
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Die Verstärkereinheit kann in die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert sein. Sie kann mit den Ausgängen der Vorrichtung in Verbindung stehen. Alternativ kann die Verstärkereinheit an den Ausgängen angeordnet sein. Des Weiteren kann jedem Ausgang eine separate Verstärkereinheit zugeordnet sein. Die Verstärkereinheit kann aus mehreren Elementen bestehen und kann die Audioinformation derart verarbeiten, dass ein Ausgangsparameter, wie zum Beispiel die Ausgangsspannung, Ausgangsstrom oder Ausgangsleistung größer ist, als der entsprechende Eingangsparameter.
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Durch eine Verstärkung der Audioinformation bzw. des Audiosignals, welches an die Schallquellen weitergeleitet wird, wird eine bessere Signalqualität gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung mindestens zwei Lautsprecher auf. Die Lautsprecher stehen dabei jeweils mit einem der Ausgänge in Verbindung. Die Prozessoreinheit ist dabei dazu ausgestaltet, bei der Modifikation der Audioinformation Lautsprecher typische Parameter zu berücksichtigen.
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Dabei kann jedem Ausgang der Vorrichtung jeweils ein Lautsprecher zugeordnet sein. Der Lautsprecher kann dabei die von der Prozessoreinheit modifizierte Audioinformation, die an den Ausgängen bereitgestellt ist, in Schall umwandeln. Die Lautsprecher können beispielsweise in einem Flugzeug angebracht sein und Durchsagen der Crew an die Passagiere weiterleiten. Ferner können die Ausgänge beispielsweise durch Kabel mit den Ausgängen der Vorrichtung in Verbindung stehen. Alternativ kann Information von den Ausgängen der Vorrichtung an die Lautsprecher drahtlos übertragen werden.
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Bei der Modifikation von Audioinformation werden in der Prozessoreinheit Lautsprecher typische Parameter berücksichtigt. Diese Parameter können beispielsweise den Abstand der Lautsprecher zueinander, ihre Größe, sowie ihre Verteilung im Raum beinhalten. Weitere Parameter der Lautsprecher, die berücksichtigt werden können, sind zum Beispiel der Frequenzgang, der Phasengang und die Impulstreue des jeweiligen Lautsprechers. Die Lautsprecher typischen Parameter können vor der Modifikation der Audioinformation vermessen werden und in der Prozessoreinheit eingegeben werden bzw. vorliegen. Bei der Modifikation der Audioinformation können die Lautsprecher-typischen Parameter berücksichtigt werden. Alternativ kann die Modifikation der Audioinformation vorwiegend auf den Lautsprecher-typischen Parametern beruhen.
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Durch die Berücksichtigung von Lautsprecher-typischen Parametern bei der Modifikation der Audioinformation kann eine Linien-Schallquelle besonders genau simuliert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prozessoreinheit dazu ausgestaltet, die Audioinformation für jeden Lautsprecher einzeln zu modifizieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flugzeug beschrieben, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Flugzeug eine Kabine mit einem Raumtrenner auf. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an dem Raumtrenner angeordnet.
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Ein Raumtrenner kann beispielsweise eine Wand zwischen Kabine und Bordküche oder eine Trennwand zwischen erster und zweiter Klasse sein. Ferner kann eine Kabine durch mehrere Raumtrenner an unterschiedlichen Stellen in mehrere Abschnitte unterteilt sein. Ein Raumtrenner kann die Kabine sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Ebene trennen. Ferner kann eine Raumtrenner auch schief in Bezug auf Horizontale und Vertikale angeordnet sein und aus mehreren Bauelementen zusammengesetzt sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in dem Raumtrenner integriert sein oder auf dem Raumtrenner angeordnet werden. An dem Raumtrenner kann lediglich ein Teil der Vorrichtung, wie zum Beispiel die Lautsprecher, angeordnet werden oder die gesamte Vorrichtung mit Prozessoreinheit und Lautsprechern.
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Durch die zentrale Anbringung der Vorrichtung, wie beispielsweise an Raumtrennern im Flugzeug, kann die Anzahl der notwendigen Lautsprecher reduziert werden. Dies führt unter anderem zu einem weniger komplexen Aufbau und einer weniger aufwändigen Kabelverteilung, was wiederum Herstellungs- und Wartungskosten einspart. Ferner kann durch Wegfall der üblicherweise in der Passenger Service Unit (PSU) angeordneten Lautsprecher eine Verbesserung und Vereinfachung des PSU-Kanals erreicht werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Modifikation von Audiosignalen, die innerhalb eines Raumes ausgegeben werden, bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Zuführen von Audioinformation durch einen Eingang an eine Prozessoreinheit; Modifizieren der Audioinformation durch die Prozessoreinheit derart, dass durch jeweils an die Ausgänge anzuschließende Schallquellen eine Linien-Schallquelle zur Ausgabe von der Audioinformation entsprechenden Audiosignalen simuliert wird; Weiterleiten der jeweils modifizierten Audioinformation an mindestens zwei Ausgänge.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammelement bereitgestellt. Das Computerprogrammelement ist dabei ausgestaltet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Prozessor, auf dem das Computerprogrammelement ausgeführt wird, eine DSP-Einheit.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt. Dabei ist auf dem Medium das oben beschriebene Programmelement gespeichert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt schematisch eine Lautsprecheranlage in einem Flugzeug gemäß dem Stand der Technik
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2a zeigt schematisch ein theoretisches Modell der Schallwellenausbreitung bei einer punktförmigen Schallquelle
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2b zeigt einen Ausschnitt der Darstellung aus 2a
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3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Flugzeug
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4a zeigt schematisch ein theoretisches Modell der Schallwellenausbreitung bei einer linienförmigen Schallquelle
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4b zeigt einen Ausschnitt der Darstellung aus 4a
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5 zeigt einen schematischen Graphen mit einer Darstellung des Abfalls der Schallenergiedichte mit zunehmendem Abstand für eine punkt- und für eine linienförmige Schallquelle
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6 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Vorrichtungen des Standes der Technik, erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile und der entsprechenden Verfahren. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind gleiche oder identische Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist schematisch eine Lautsprecheranlage in einem Flugzeug gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Ein Audiosignal 7 wird direkt auf mehrere Lautsprecher 3 verteilt. Die Lautsprecher sind in einer Passenger Service Unit (PSU) 1 angeordnet bzw. integriert. Die PSU 1 ist über den Köpfen der Passagiere und über den Fenstern angeordnet. Die einzelnen Lautsprecher 3 fungieren als nahezu punktförmige Schallquellen. Die Wellenfronten 9 der aus den Lautsprechern 3 kommenden Signale breiten sich in der Flugzeugkabine 5 als Kugelwellen aus und können sich dabei ungünstig überlagern oder sogar auslöschen.
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In 2a ist zur Veranschaulichung der theoretischen Überlegungen schematisch ein theoretisches Modell der Schallwellenausbreitung bei einer punktförmigen Schallquelle dargestellt. Die Lautsprecher 3 aus 1 können beispielsweise als punktförmige Schallquellen 11 angenähert werden, In 2a sind zwei Wellenfronten 9 dargestellt. Eine Kugeloberfläche ist bekanntermaßen proportional zum Quadrat des Radius der Kugel. Somit nimmt die Oberfläche der von einer punktförmigen Schallquelle ausgehenden Kugelwellen mit steigendem Abstand r von der punktförmigen Schallquelle proportional zur r2 zu. Damit verteilt sich auch die Energiedichte mit steigendem Abstand zur Schallquelle auf eine immer größere Oberfläche und nimmt mit 1/r2 ab. Die Leistung pro Fläche reduziert sich damit bei Verdoppelung des Abstandes r auf 1/4 (also um –6 dB). Die Wellenamplitude der Kugelwellen reduziert sich bei einer Verdoppelung des Abstandes entsprechend auf 1/r.
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In 2b ist dies noch mal an einem Ausschnitt der 2a verdeutlicht. In 2b sind zwei Oberflächensegmente 13 einer Wellenfront 9 einer punktförmigen Schallquelle 11 dargestellt. Ein Oberflächensegment 13 befindet sich in einem Abstand R von der Schallquelle 11. In diesem Abstand R kann eine Wellenfront bzw. ein potentieller Zuhörer sein. Das Oberflächensegment 13 im Abstand R von der Schallquelle 11 hat die Oberfläche A. Ein weiteres Oberflächensegment 13 befindet sich in einem Abstand 2R von der punktförmigen Schallquelle 11, das heißt in einem doppelten Abstand. Dieses zweite Oberflächensegment 13, welches sich im doppelten Abstand von der punktförmigen Schallquelle 11 befindet, hat die Oberfläche 4A. Das heißt bei einer Verdoppelung des Abstandes vervierfacht sich die Oberfläche bzw. das Oberflächensegment 13 einer Kugelwelle.
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In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Flugzeug dargestellt. Ein Audiosignal 7 wird einer Schallquelle 15 zugeführt. Dabei kann die Schallquelle ein Lautsprechersystem aus mehreren Lautsprechern 3 sein. Die Schallquelle 15 ist dabei in einen Raumtrenner 17 integriert bzw. an dem Raumtrenner 17 angeordnet.
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Durch die Schallquelle 15 wird eine Linien-Schallquelle simuliert, bei der sich die Wellenfronten als Zylinder darstellen lassen. Die Linien-Schallquelle wird dabei durch kohärente Kopplung einer Vielzahl von Punkt-Schallquellen beispielsweise der oben dargestellten Lautsprecher 3 erreicht. Anstatt einer Vielzahl von Lautsprechern 3 können entsprechend auch Lautsprecherzeilen an zentralen Stellen installiert werden.
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Die von der Schallquelle 15 kommenden Wellenfronten 19 können als Zylinderflächen betrachtet werden. In derin 3 dargestellten Ansicht sind die Wellenfronten 19 als Linien dargestellt. Anders ausgedrückt sind die Flächen mit gleicher Schwingungsphase als Zylinderflächen zu betrachten. Bei den Modellen zur Ausbreitung von kugel- bzw. zylinderförmigen Wellenfronten ist immer von gleichbleibenden Ausbreitungsbedingungen für die Schallwellen auszugehen. Durch die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichte Integration der Schallquelle 15 in den Raumtrenner 17 ist die PSU-Einheit 1 nun vereinfacht durch den Wegfall der Lautsprecher 3. Die Wirkungsweise und die Vorteile einer linienförmig wirkenden Schallquelle 15 sind nun in den nachfolgenden Figuren dargestellt.
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In 4a ist schematisch ein theoretisches Modell der Schallwellenausbreitung bei einer linienförmigen Schallquelle 21 dargestellt. Die linienförmige Schallquelle 21 sendet zylinderförmige Wellenfronten 19 der gleichen Schwingungsphase aus. Die Oberfläche eines Zylindermantels ist bekanntlich proportional zum Radius des Zylinders. Somit verteilt sich eine von der linienförmigen Schallquelle 21 abgestrahlte Leistung bzw. Energie bei der Verdoppelung einer Strecke R auf die doppelte Fläche. Die Leistungsdichte reduziert sich dabei auf die Hälfte (also –3 dB), entsprechend reduziert sich der Schalldruckpegel um einen Faktor 0,707.
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Dies ist noch mal in 4b veranschaulicht, in der ein Ausschnitt der 4a dargestellt ist. In 4b sind zwei Oberflächensegmente 23 der zylinderförmigen Wellenfronten 19 dargestellt. Ein Oberflächensegment 23 befindet sich im Abstand R von der linenförmigen Schallquelle 21. Die Oberfläche dieses Oberflächensegmentes 23 ist B. Ferner ist ein Oberflächensegment 23 im Abstand 2R von der linienförmigen Schallquelle 21 dargestellt. Die Oberfläche dieses Segments entspricht 2B. Das heißt mit doppeltem Abstand von der Schallquelle 21 hat sich die Oberfläche der zylinderförmigen Wellenfront 19 im Gegensatz zu einer punktförmigen Quelle 11 lediglich verdoppelt. Somit nimmt die Oberfläche auf die die Energie der Schallwellen mit steigendem Abstand von der Schallquelle verteilt werden muss, bei zylinderförmigen Wellenfronten langsamer zu als bei kugelförmigen Wellenfronten. Damit nimmt auch, wie oben gezeigt die Leistungsdichte und der Schalldruckpegel bei einer linienförmigen Schallquelle weniger schnell ab als bei einer punktförmigen Schallquelle. Dies ist noch mal in 5 verdeutlicht.
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In 5 ist ein schematischer Graph mit einer Darstellung des Abfalls der Schallenergiedichte mit zunehmendem Abstand für eine punkt- und für eine linienförmige Schallquelle dargestellt. Auf der Abszisse ist der Abstand r der Wellenfront bzw. eines potentiellen Zuhörers von der Schallquelle aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Schallenergiedichte bzw. die Leistungsdichte in Dezibel aufgetragen. Die untere mit Punkten versehene Linie stellt dabei die mit steigendem Abstand r abnehmende Schallenergiedichte einer punktförmigen Schallquelle 11 dar. Die obere Linie zeigt die flachere langsamere Abnahme der Schallenergiedichte mit zunehmendem Abstand r von einer linienförmigen Schallquelle 21.
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In 6 ist eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. 6 zeigt eine Prozessoreinheit 31 mit einem Eingang 27 und mehreren Ausgängen 29. Durch den Eingang 27 wird der Prozessoreinheit 31 Audioinformation 25, wie zum Beispiel die Durchsage eines Piloten zugeführt. In der Prozessoreinheit 31 wird die Audioinformation 25 derart modifiziert, dass die mit den Ausgängen 29 in Verbindung stehenden Schallquellen 3 eine Linien-Schallquelle simulieren. Die Schallquellen bzw. Lautsprecher 3 geben die Audioinformation 25 als Audiosignale 7 aus. Dabei können die Lautsprecher 3 als ein Lautsprechersystem 15 zusammenwirken. Zwischen den Ausgängen 29 und den Lautsprechern 3 sind Verstärker eingebaut, die die Audioinformation 25 bzw. die Audiosignale 7 verstärken. Durch die kohärente Kopplung der Lautsprecher 3 kann so eine Linien-Schallquelle simuliert werden.
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Mit anderen Worten wird die Signalverarbeitung folgendermaßen realisiert: Die Audioinformation 25 wird einer Prozessoreinheit 31, wie beispielsweise einer DSP-Einheit mit einem Eingang und einer Vielzahl von Ausgängen zugeführt. Das Eingangssignal wird bearbeitet und an den Ausgängen 29 bereitgestellt. Die Ausgangssignale werden verstärkt und jeweils einem Lautsprecher 3 zugeführt. Durch eine derartige Simulation einer Linien-Schallquelle werden die bereits oben erwähnten Vorteile erreicht.
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Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend” oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Passenger Service Unit (PSU)
- 3
- Lautsprecher
- 5
- Flugzeugkabine
- 7
- Audiosignal
- 9
- Wellenfront einer nahezu punktförmigen Schallquelle
- 11
- punktförmige Schallquelle
- 13
- Oberflächensegment einer Wellenfront einer nahezu punktförmigen Schallquelle
- 15
- Schallquelle
- 17
- Raumtrenner
- 19
- Wellenfront einer nahezu linienförmigen Schallquelle
- 21
- linienförmige Schallquelle
- 23
- Oberflächensegment einer Wellenfront einer nahezu linienförmigen Schallquelle
- 25
- Audioinformation
- 27
- Eingang
- 29
- Ausgang
- 31
- Prozessoreinheit
- 33
- Verstärker
- R
- Abstand der Wellenfront bzw. eines potentiellen Zuhörers von einer Schallquelle
- A
- Oberfläche eines Segments Wellenfront einer nahezu punktförmigen Schallquelle
- B
- Oberfläche eines Segments Wellenfront einer nahezu linienförmigen Schallquelle