WO2003013041A2 - Vorrichtung und verfahren zum senden, empfangen und bearbeiten von audio- steuersignalen in informations-systemen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum senden, empfangen und bearbeiten von audio- steuersignalen in informations-systemen Download PDF

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Klotz Digital AG
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R2227/00—Details of public address [PA] systems covered by H04R27/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2227/003—Digital PA systems using, e.g. LAN or internet

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for transmitting, receiving and processing audio control signals in information systems, in particular with an information system which is suitable for selecting and distributing audio information on the loudspeaker in a receiver-specific manner.
  • Such information systems are known in the prior art from US Pat. No. 5,406,634.
  • This known information system contains a so-called intelligent loudspeaker unit, which is controlled and supplied with digital data.
  • the intelligent loudspeaker unit has a digital signal processor (DSP), which supplies the audio data in accordance with the control data.
  • the digital audio data are converted into digital analog signals with the aid of a D / A converter and amplified in an analog manner.
  • the digital audio data are fed to a data bus using a time multiplexer.
  • Each digital audio channel assigned specific information data for this channel, so that each loudspeaker unit can select its specifically assigned information from the multitude of the total data flow and feeds it analogously to the loudspeaker.
  • This so-called intelligent loudspeaker unit also has a mixer which mixes fixed files with one another, so that the stored newly incoming data can be mixed with one another.
  • WO 96/29779 Another method for distributing audio information for a wide area is known from WO 96/29779. This method uses a variety of loudspeakers placed in different locations.
  • the individual loudspeaker units are individually supplied with audio information that is sent by a central processing unit (CPU).
  • CPU central processing unit
  • the function of the individual components, in particular the loudspeaker unit, is sent by the CPU and checked by means of a signal.
  • the loudspeaker systems which are also known in the prior art and which are used for sound reinforcement in public spaces such as airports, train stations, stadiums or company buildings, are often connected analogously via copper lines to upstream amplifiers which are spatially separated from loudspeakers for safety reasons.
  • Control units are connected upstream of these amplifiers, by means of which the audio signals can be equalized and the level adjusted. Further upstream control units switch the various audio signals, usually by means of switching relays, to individual loudspeaker paths.
  • the audio signals at the amplifier output are first transformed to a higher voltage by means of transformers and brought back to the original voltage level at the loudspeaker by means of transformers, which means that each loudspeaker unit needs its own transformer.
  • the method according to the invention for transmitting, receiving and processing signals of an information system consisting of a control center that receives, sends and controls signals digitally and / or analogously, and at least one loudspeaker unit with at least one loudspeaker and at least one data bus is characterized in this way that all loudspeaker units are supplied and controlled by the control center, with the control data of the supply voltage being modulated on.
  • the signals in the data bus are transmitted with low electrical power and directly on the loudspeaker in a single module Be subjected to signal processing that produces high acoustic performance and quality.
  • a first control device in a module, which monitors the state of the loudspeaker unit and the switching electronics and transmits the state to the central unit.
  • a further advantageous embodiment can be seen in the fact that a second control device which evaluates the incoming control signals from the data bus in the central unit in a receiver-specific manner and converts them into receiver-specific signals.
  • radio data being transmitted in a data-compressed manner using a specific bandwidth (15 kbaud).
  • Another advantage is that the control data is transmitted in real time.
  • the individual local loudspeaker stations can be combined into groups and for the volume of the individual loudspeakers or loudspeaker groups to be adapted automatically or remotely to the ambient noise level.
  • the power amplification for the analog operated loudspeaker is carried out with a digital power amplifier, as a result of which the conversion of the digital signal into the analog range before There is no need for an amplifier and thus considerable costs can be saved.
  • the digital power amplifier also has the advantage of a much better efficiency compared to the analog power amplifier.
  • the waste heat on the loudspeaker unit is also significantly reduced. This eliminates the need for large heat sinks and the unit can be designed to be significantly more compact and effective.
  • the loudspeaker unit arranged directly on the loudspeaker which selects the signals coming in from the data bus, is digitally processed and only converts into analog signals at the loudspeaker.
  • At least one control device which monitors the state of the loudspeaker unit and the switching electronics, transmits this state via the data bus of the central unit.
  • a control device which evaluates the control signals arriving in the central unit individually for each loudspeaker and feeds the results to a processor (PC).
  • the power is distributed via the data bus.
  • the data is modulated onto the supply voltage to reduce the number of lines.
  • Transmission formats such as MADI are used and special and expensive interface modules (TAXI) have to be used for this, and secondly this is a format that is designed for 64 audio channels with a predetermined resolution (24 bits per value) in time multiplex , in practice, all channels are used in the rarest of cases because high data rates and special cables with a maximum length of a few meters have to be used. It is therefore advantageous to use a data format based on RS 485 signals. This enables inexpensive interface modules to be selected from a large family of existing drivers. The number of channels in time division multiplex The method and the resolution of the values (bit per value) can be adapted to the given requirements in the present invention. In this way, inexpensive lines that guarantee a maximum transmission length can be optimized with simple means.
  • Fig. 1 a basic representation of the audio and control system (1) according to the invention with the individual modules (2, 12, 20);
  • FIG. 2 shows a block diagram of an assembly (6) in the control center (2)
  • FIG. 3 shows a block diagram of the loudspeaker unit (4) with a loudspeaker (3)
  • Fig. 4 a schematic diagram of the speaker unit (4) which is connected to a DC voltage source (21).
  • the audio data, control data from a processor, usually a PC 18, and the power supply are combined in an interface 6 and placed on the data buses 7.
  • the center can have a data memory 2 ', not shown here, in which audio data are stored.
  • the saved Data in the data memory 2 ' are controlled by a processor 18 and supplied to the associated components, such as the loudspeaker unit 4.
  • the loudspeaker unit 4 each has an amplifier 22 which is connected to the control center 2 via a data bus 7, 7 'or by radio, the number of loudspeaker units 4 being able to assume a predetermined number from 1 to n and n is any number.
  • the control center 2 can transmit its data both by radio via an antenna 24 and via hard-wired lines 25, such as a telephone line. It is important and advantageous to monitor the entire signal flow, for which purpose a high-frequency signal is transmitted in the data flow, which is outside the human hearing range and monitors the functions of all components in the signal flow, such as signal processor 5, output stage 22 of the loudspeaker and in particular the loudspeaker 3 ,
  • FIG. 2 shows a concrete block diagram of the module 6, which is responsible for the selection of the data arriving at the control center 2.
  • a personal computer (PC) 18 for controlling and monitoring the entire system is connected to the module 6.
  • the personal computer (PC) 18 assigns the control data to the time multiplexer 17, which also receives audio data digitally from various sources 28, 28 ', the number of sources being arbitrary.
  • the personal computer 18 is connected to the data extraction 9 of the assembly 6, so that the control data coming from the data bus of the control device 9 can be processed and processed in the PC.
  • the data coming from the time multiplexer 17 in the control device 9 are processed here in the data bus format and then a data bus driver 8 fed.
  • the data bus driver 8 transfers the received and processed data to the bi-directional data bus 7, in which these data are fed to the loudspeaker units 4 for further processing.
  • the individual units 4 and the entire control electronics are monitored with the aid of a high-frequency, co-transmitting signal that lies outside the human hearing range and fed to the personal computer 18 via the data driver 8 and the control unit 9 for further evaluation of the monitoring data.
  • the PSU 5 is connected to the data bus 7 via an interface 10.
  • the power of the power supply unit is transmitted to the data bus by means of the interface 10, that is to say modulated on, the modulation being carried out using a commercial modulation device.
  • the bi-directional data bus 7 not only transmits the audio data for the loudspeaker 3, but also the energy required to supply the individual units in the form of a low voltage of U ⁇ 48 volts, the supply voltage (U) being the data flows in the data bus 7 be modulated.
  • Each loudspeaker unit 4 contains an input and output driver 30, 31, via which the data are fed to and removed from the control unit 11. The incoming data arrive at an address decoder 32, which decodes the carried addresses and feeds them to the data controller 33 if the address corresponds to the set address of the unit 4.
  • the data controller 33 assigns the audio data selected in accordance with the audio data selection 34 to a DSP 35, which then feeds the processed data to a digital power amplifier 16, in which the digital signal in an analog power signal is converted. From the digital amplifier 16 in which the D / A conversion is carried out, the analog signal is fed to the loudspeaker 3 directly in analog fashion. In addition, the analog signal is supplied to a loudspeaker and switching electronics 14 and monitored, which ensures reliable control and monitors the function of the loudspeaker or the control electronics and then reports the result to the control device 33.
  • FIG. 4 shows a basic circuit diagram which shows the basic elements of the loudspeaker unit 4, which is connected to a DC voltage source 21 via the bi-directional data bus 7. The two lines shown are part of the data bus 7, which both
  • Each loudspeaker unit 4 comprises at least one capacitor 15, which is connected in parallel with the supply to the digital amplifier 16 of the loudspeaker 3, so that in the event of a power peak, the corresponding excess power can be taken from the capacitor 15.
  • the loudspeaker 3 is connected to the digital amplifier 16 and the D / A converter, which converts the digital data into analog signals.
  • an essential component is the loudspeaker unit 4, which is attached directly to the loudspeaker 3 and selects incoming digital signals from a data bus 7, processes them digitally, if necessary, and then converts them into analog audio signals into a form, that a loudspeaker 3, as is typically used in electro-acoustic systems, can be operated directly by means of the device, the state of the audio signals of each individual loudspeaker is influenced individually and without interference during operation.
  • the additional switching electronics 14 which, as mentioned, monitors the state of the loudspeaker and the entire switching electronics and this state is reported to the data storage center 2 via a data bus 7, and from a further control device which individually evaluates incoming control signals for each loudspeaker 3 , it is possible for any number of loudspeaker units 4 with different audio signals and control signals by means of a common bus 7 to influence each individual loudspeaker unit 4 individually and without interference.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von digitalen Audio- Signalen, die über einen gemeinsamen Datenbus (7) den einzelnen Lautsprecher-Einheiten (4) zugeführt werden. Dabei wird die Versorgung der Einheiten (4) über den Datenbus (7) mitverteilt, wobei die Daten auf die Versorgungsspannung aufmoduliert werden, um die Anzahl der Leitungen zu reduzieren und die Leistungsversorgung zentral erfolgen kann und die Überwachung und die Redundanz, wie sie in sicherheitsrelevanten Anlagen gefordert wird, mit einfachen Mitteln erreichbar ist, da nur ein Netzteil überwacht und redundant ausgelegt werden muss.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM SENDEN, EMPFANGEN UND BEARBEITEN VON AUDIO- STEUERSIGNALEN IN INFORMATIONS-SYSTEMEN
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von Audio-Steuersignalen in Informations-Systemen, insbesondere mit einem Informations-System, das geeignet ist, Audio- Informationen am Lautsprecher empfängerspezifisch zu selektieren und zu verbreiten.
Derartige Informations-Systeme sind aus der amerikanischen Patentschrift US 5,406,634 im Stand der Technik bekannt. Dieses bekannte Informations-System beinhaltet eine sogenannte intelligente Lautsprecher-Einheit, die mit digitalen Daten gesteuert und versorgt wird. Die intelligente Lautsprecher-Einheit weist einen digitalen Signalprozessor (DSP) auf, der die Audio-Daten in Übereinstimmung mit den Steuerdaten versorgt. Dabei werden die digitalen Audio-Daten in digitale Analog-Signale mit Hilfe eines D/A-Wandlers gewandelt und analog verstärkt. Die digitalen Audio-Daten werden mit Hilfe eines Zeit-Multiplexers einem Datenbus zugeführt. Dabei werden jedem digitalen Audio-Kanal spezifische, für diesen Kanal bestimmte Informationsdaten zugeteilt, so dass jede Lautsprecher-Einheit ihre spezifisch zugeordnete Information aus der Vielzahl des Gesamtdatenflusses selektieren kann und analog dem Lautsprecher zuführt. Diese sogenannte intelligente Lautsprecher-Einheit weist ferner einen Mischer auf, der feststehende Dateien miteinander vermischt, so dass die gespeicherte neu eingehenden Daten miteinander vermischt werden können.
Ein weiteres Verfahren zur Verbreitung von Audio- Informationen für einen weiten Raum ist aus der WO 96/29779 bekannt. In diesem Verfahren wird eine Vielzahl von Lautsprechern verwendet, die an verschiedenen Orten aufgestellt sind. Die einzelnen Lautsprecher-Einheiten werden individuell mit Audio-Informationen versorgt, die von einer Zentraleinheit (CPU) gesendet werden. Die Funktion der einzelnen Komponenten, insbesondere der Lautsprecher-Einheit, wird von der CPU gesendet und mittels eines Signals kontrolliert .
Die weiterhin im Stand der Technik bekannten Lautsprecheranlagen, die zur Beschallung von öffentlichen Räumen wie Flughäfen, Bahnhöfen, Stadien oder Betriebsgebäuden eingesetzt werden, sind häufig aus sicherheitstechnischen Gründen analog über Kupferleitungen mit vorgeschalteten, räumlich von Lautsprecher getrennten Verstärkern verbunden. Diesen Verstärkern sind wiederum Steuergeräte vorgeschaltet, über die die Audio-Signale entzerrt und im Pegel angepasst werden können. Weitere vorgelagerte Steuergeräte schalten die verschiedenen Audio- Signale, in der Regel mittels Schaltrelais, auf einzelne Lautsprecherwege. In diesen Anlagen muss jedem einzelnen Lautsprecher oder jeder Lautsprechergruppe, die mit einem gemeinsamen Signal angesteuert wird, ein Verstärker mit der Steuerelektronik fest zugeordnet werden, was dazu führt, dass ein wahlfreies Schalten der Lautsprecher auf andere Signalwege nur mit erheblichem technischen Aufwand möglich ist .
Als nachteilig an diesen vorbekannten Verfahren und der dafür benötigten Elektronik wird es empfunden, dass die Elektronik einen erheblichen Raum beansprucht und ein hohes Gewicht hat. Oft werden diese Geräte auf einem kleinen Raum konzentriert, wodurch sich eine hohe thermische Belastung ergibt. Als Folge dessen muss die Elektronik meist weit vom eigentlichen Lautsprecher entfernt aufgestellt werden, wodurch sich lange Leitungswege zwischen der Steuer- und Leistungselektronik und dem Lautsprecher ergeben.
Um die Leistungsverluste über lange Strecken zwischen Verstärker und Lautsprecher in derartigen Anlagen zu verringern, werden beim Stand der Technik die Audio-Signale am Verstärker-Ausgang mittels Transformatoren zunächst auf eine höhere Spannung transformiert und am Lautsprecher ebenfalls mittels Transformatoren wieder auf das ursprüngliche Spannungsniveau gebracht, was dazu führt, dass jede Lautsprecher-Einheit einen eigenen Transformator benötigt .
Werden derartige Anlagen in sicherheitsrelevanten Bereichen, z. B. für Evakuierungsmaßnahmen aus öffentlich zugänglichen Räumen, eingesetzt, sind zusätzliche Havariesysteme notwendig, um den etwaigen Ausfall der zentralen Leistungsoder Steuerelektronik und den daraus resultierenden Ausfall ganzer Lautsprechergruppen zu überbrücken. Hierzu werden parallele Signalwege mit eigener Leistungs- und Steuerelektronik eingerichtet, die von der Leistungs- und Steuerelektronik, die für den Normalbetrieb ausgelegt ist, getrennt sind und gegebenenfalls mittels Relais auf den havarierten Weg geschaltet werden können. Dieses Verfahren und die dazu benötigten elektrischen Einrichtungen sind einerseits kostspielig und andererseits technisch zu aufwendig. Eines der maßgeblichen Nachteile, die allen vorbekannten Verfahren und Anlagen gemeinsam sind, ist der relativ hohe Energieaufwand, der häufig Ursache von unkontrollierbaren Störungen ist.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Audio- Informations-System bereitzustellen, das zur Information einer Mehrzahl von Personen dient und einfach in der Handhabung und kostengünstig in der Herstellung ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von Signalen eines Informations-Systems, bestehend aus einer Zentrale, die Signale digital und/oder analog empfängt, sendet und steuert und mindestens einer Lautsprecher-Einheit mit mindestens einem Lautsprecher und mindestens einem Datenbus ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Lautsprecher-Einheiten von der Zentrale versorgt und gesteuert werden, wobei die Steuerdaten der Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
Dabei ist es vorteilhaft, dass die Signale im Datenbus mit niedriger elektrischer Leistung übertragen werden und direkt am Lautsprecher in einer einzigen Baugruppe einer Signalverarbeitung unterzogen werden, die eine hohe akustische Leistung und Qualität erzeugt.
Ferner ist es vorteilhaft, eine erste Steuereinrichtung in einer Baugruppe zu installieren, die den Zustand der Lautsprecher-Einheit und der Schaltelektronik überwacht und den Zustand an die Zentraleinheit überträgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist darin zu sehen, dass eine zweite Steuereinrichtung, die die eingehenden Steuersignale aus dem Datenbus in der Zentraleinheit empf ngerspezifisch auswertet und in empf ngerspezifische Signale wandelt.
Dabei wirkt es sich vorteilhaft aus, dass mittels eines gemeinsamen Datenbusses eine vorgegebene Anzahl von unterschiedlichen Audio-Signalen und Steuersignalen übertragen wird.
Ferner ist es vorteilhaft, die Steuersignale und Steuerdaten durch Funk zu übertrage^ wobei die Funkdaten datenkomprimiert mittels einer bestimmten Bandbreite (15 kBaud) übertragen werden.
Vorteilhaft ist es ferner, das Datenformat auf der Basis von RS 485-Signalen zu verwenden, weil dadurch preisgünstige Interface-Bausteine aus einer grossen Familie von vorhandenen Treibern ausgewählt werden können.
Wichtig und vorteilhaft ist es weiterhin, den gesamten Signalfluss zu überwachen, wozu im Datenfluss ein hochfrequentes Signal mitübertragen wird, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt und die Funktionen aller Komponenten im Signalfluss, wie Signalprozessor, Endstufe des Lautsprechers und insbesondere die Lautsprecher u.s.w. überwacht .
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Steuerungsdaten in Echtzeit übertragen werden.
In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, dass die einzelnen lokalen Lautsprecher-Stationen zu Gruppen zusammengefasst werden und die Lautstärke der einzelnen Lautsprecher oder Lautsprecher-Gruppen automatisch oder ferngesteuert dem Geräuschpegel der Umgebung angepasst werden .
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen für das erfindungsgemäße Audio-System zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von Informationsdaten eines Infor ations-Systems mit einer Zentrale, die Signale digital und/oder analog empfängt, sendet und steuert, mit mindestens einer Lautsprecher-Einheit mit mindestens einem Lautsprecher und mindestens einem Datenbus ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Lautsprecher- Einheiten von der Zentrale versorgt und gesteuert werden, wobei die Daten der Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
Dabei ist es vorteilhaft, der Lautsprecher-Einheit eingangsseitig einen Stützkondensator parallel zu schalten, dem bei Leistungsspitzen eine gewisse Energie entnommen werden kann.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die Leistungsverstärkung für den analog betriebenen Lautsprecher mit einem digitalen Leistungsverstärker durchgeführt wird, wodurch die Wandlung des digitalen Signals in den analogen Bereich vor dem Verstärker entfällt und somit erhebliche Kosten eingespart werden.
Die digitale Endstufe hat weiterhin den Vorteil eines wesentlich besseren Wirkungsgrades im Vergleich zur analogen Endstufe. Damit werden neben den verringerten Energiekosten auch die Abwärme auf der Lautsprecher-Einheit deutlich verringert. Dadurch entfallen große Kühlkörper und die Baueinheit kann deutlich kompakter und effektiver konstruiert werden.
Vorteilhaft ist es, dass die direkt am Lautsprecher angeordnete Lautsprecher-Einheit, die die aus dem Datenbus eingehenden Signale selektiert, digital aufbereitet und erst am Lautsprecher in analoge Signale wandelt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mindestens eine Steuervorrichtung, die den Zustand der Lautsprecher-Einheit und der Schaltelektronik überwacht, diesen Zustand über den Datenbus der Zentral-Einheit überträgt.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die die in der Zentraleinheit eingehenden Steuersignale individuell für jeden Lautsprecher auswertet und die Ergebnisse einem Prozessor (PC) zuführt.
Dies ist speziell in sicherheitsrelevanten Anlagen von Bedeutung und Vorteil, bei denen die Überwachung der Endstufen und der Lautsprecher gefordert wird. Aufgrund der Wärmeentwicklung der Endstufen und der mechanischen Bewegung in den Lautsprechern sind diese die Hauptkomponenten mit dem höchsten Ausfallrisiko. Da in sicherheitsrelevanten Systemen jede Einheit mit einer Versorgungsquelle, die redundant ausgeführt und überwacht werden muss, ist es, wenn überhaupt, nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Jedes Netzteil - bis zu einem Netzteil pro Lautsprecher - muss redundant ausgeführt und überwacht werden. Die Überwachung bedingt in den meisten Fällen zusätzliche Leitungen in die Zentrale, da dort üblicherweise die Fehler-Ausgabe erfolgen muss.
Vorteilhaft für die Erfindung ist es daher, dass die Versorgung aller Lautsprecher-Einheiten von einer Zentrale erfolgt. Dazu wird die Leistung über den Datenbus mitverteilt. Die Daten werden auf die Versorgungsspannung aufmoduliert, um die Anzahl der Leitungen zu reduzieren. Damit kann die Leistungsversorgung zentral erfolgen, die Überwachung und Redundanz, wie in sicherheitsrelevanten Anlagen gefordert, sind mit einfachen Mitteln erreichbar, da nur ein Netzteil überwacht und redundant ausgelegt werden muss .
Da einerseits häufig im Stand der Technik
Übertragungsformate, wie MADI, verwendet werden und hierfür spezielle und teure Interface-Bausteine (TAXI) verwendet werden müssen und zum anderen dieses ein Format ist, dass für 64 Audio-Kanäle mit vorgegebener Auflösung (24 Bit pro Wert) im Zeit-Multiplex ausgelegt wird, werden in der Praxis in den seltensten Fällen alle Kanäle in Anspruch genommen, da damit hohe Datenraten und spezielle Kabel mit maximal begrenzter Länge auf wenige Meter herangezogen werden müssen. Daher ist es vorteilhaft, ein Datenformat auf Basis von RS 485-Signalen zu verwenden. Dadurch können preisgünstige Interface- Bausteine aus einer großen Familie von vorhandenen Treibern ausgewählt werden. Die Anzahl der Kanäle im Zeit-Multiplex- Verfahren sowie die Auflösung der Werte (Bit pro Wert) kann in der vorliegenden Erfindung den gegebenen Anforderungen angepasst werden. Somit können mit einfachen Mitteln preisgünstige Leitungen, die eine maximale Übertragungslänge gewährleisten, optimiert werden.
Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Audio- und Steuer-Systems (1) mit den einzelnen Baugruppen (2, 12, 20);
Fig. 2: ein Blockschaltbild einer Baugruppe (6) in der Zentrale (2) ;
Fig. 3: ein Blockschaltbild der Lautsprecher-Einheit (4) mit einem Lautsprecher (3) ;
Fig. 4: ein Prinzipschaltbild der Lautsprecher-Einheit (4), die an eine Gleichpannungs-Quelle (21) angeschlossen ist.
In Fig. 1 ist ein prinzipielles Blockschaltbild gezeigt, dass das des erfindungsgemäßen Audio- und Steuer-Systems 1 dargestellt. In der Zentrale 2 werden die Audio-Daten, Steuer-Daten von einem Prozessor, in der Regel ein PC 18, sowie die Spannungsversorgung in einem Interface 6 zusammengefasst und auf die Datenbusse 7 gelegt. Die Zentrale kann einen hier nicht gezeigten Datenspeicher 2' aufweisen, in dem Audio-Daten gespeichert werden. Die gespeicherten Daten im Datenspeicher 2' werden von einem Prozessor 18 gesteuert und den zugehörigen Komponenten, wie beispielsweise der Lautsprecher-Einheit 4 zugeführt. Die Lautsprecher- Einheit 4 weist jeweils einen Verstärker 22 auf, der über einen Datenbus 7, 7' bzw. per Funk mit der Zentrale 2 verbunden ist, wobei die Anzahl der Lautsprecher-Einheiten 4 eine vorbestimmte Zahl von 1 bis n annehmen kann und n eine beliebige Zahl ist. Diese Einheiten werden weiter unten näher beschrieben. Die Zentrale 2 kann ihre Daten sowohl per Funk über eine Antenne 24 als auch über fest verdrahtete Leitungen 25, wie beispielsweise einer Telefonleitung. Wichtig und vorteilhaft ist es dabei, den gesamten Signalfluss zu überwachen, wozu im Datenfluss ein hochfrequentes Signal mitübertragen wird, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt und die Funktionen aller Komponenten im Signalfluss, wie Signalprozessor 5, Endstufe 22 des Lautsprechers und insbesondere die Lautsprecher 3 überwacht .
Die Fig. 2 zeigt ein konkretes Blockschaltbild der Baugruppe 6, die für die Selektion der in der Zentrale 2 eingehenden Daten zuständig ist. An die Baugruppe 6 ist ein Personal-Computer (PC) 18 zur Steuerung und Überwachung des gesamten Systems angeschlossen. Der Personal-Computer (PC) 18 weist die Steuerdaten dem Zeit-Multiplexer 17 zu, der darüber hinaus Audio-Daten digital aus verschiedenen Quellen 28, 28' erhält, wobei die Anzahl der Quellen beliebig sein kann. Ferner ist der Personal-Computer 18 mit der Datenextraktion 9 der Baugruppe 6 verbunden, so dass die vom Datenbus der Steuereinrichtung 9 kommenden Steuer-Daten im PC verarbeitet und aufbereitet werden können. Die vom Zeit-Multiplexer 17 in der Steuereinrichtung 9 eingehenden Daten werden hier im Datenbus-Format aufbereitet und dann einem Datenbus-Treiber 8 zugeführt. Der Datenbus-Treiber 8 gibt die erhaltenen und aufbereiteten Daten auf den bi-direktionalen Datenbus 7, in dem diese Daten den Lautsprecher-Einheiten 4 zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Darüber hinaus werden die einzelnen Einheiten 4 und die gesamte Steuerelektronik wird mit Hilfe eines hochfrequenten, mitübertragenden Signals, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt, überwacht und über den Datentreiber 8 und der Steuereinheit 9 dem Personal- Computer 18 zur weiteren Auswertung der Überwachungsdaten zugeführt. Die PSU 5 ist über ein Interface 10 mit dem Datenbus 7 verbunden. Die Leistung des Netzteils wird mittels des Interface 10 auf den Datenbus übertragen, das heißt aufmoduliert, wobei die Modulation mit einem kommerziellen Modulationsgerät vorgenommen wird.
In Fig. 3 ist das Blockschaltbild der Lautsprecher-Einheit 4 mit seinen einzelnen wichtigen Komponenten in einem Blockschaltbild dargestellt. Der bi-direktionale Datenbus 7 überträgt nicht nur die Audio-Daten für den Lautsprecher 3, sondern ebenfalls die zur Versorgung der einzelnen Einheiten notwendige Energie in Form einer niedrigen Spannung von U < 48 Volt, wobei der Versorgungsspannung (U) die Datenflüsse im Datenbus 7 aufmoduliert werden. Jede Lautsprecher-Einheit 4 beinhaltet jeweils einen Eingangs- und Asgangstreiber 30, 31, über die der Steuereinheit 11 die Daten zu- und abgeführt werden. Die eingehenden Daten gelangen auf einen Adressen-Decoder 32, der die mitgeführten Adressen decodiert und der Datensteuerung 33 zuführt, falls die Adresse der eingstellten Adresse der Einheit 4 entspricht. Die Datensteuerung 33 weist die entsprechend der Audio- Datenselektion 34 ausgewählten Audio-Daten einem DSP 35 zu, der dann die aufbereiteten Daten einem digitalen Leistungsverstärker 16 zuführt, in dem das digitale Signal in ein analoges Leistungssignal umgewandelt wird. Vom digitalen Verstärker 16 in dem die D/A-Wandlung vorgenommen wird, wird das analoge Signal dem Lautsprecher 3 direkt analog zugeführt. Zusätzlich wird das analoge Signal einer Lautsprecher- und Schaltelektronik 14 zugeführt und überwacht, womit eine zuverlässige Kontrolle gewährleistet ist und die Funktion des Lautsprechers bzw. der Steuerelektronik überwacht wird und dann das Ergebnis der Steuereinrichtung 33 meldet.
In Fig. 4 ist ein Prinzipschaltbild gezeigt, das die Grundelemente der Lautsprecher-Einheit 4 wiedergibt, die über den bi-direktionalen Datenbus 7 an eine Gleichspannungsquelle 21 angeschlossen ist. Die beiden gezeigten Leitungen sind Bestandteil des Datenbus 7, der sowohl die
Versorgungsspannung von U < 48 Volt liefert als auch die auf die Versorgungsspannung (U) aufmodulierten Daten überträgt. Jede Lautsprecher-Einheit 4 umfasst mindestens einen Kondensator 15, der der Versorgung des digitalen Verstärkers 16 des Lautsprechers 3 parallel geschaltet ist, so dass im Falle einer Leistungsspitze dem Kondensator 15 der entsprechende Leistungsüberschuss entnommen werden kann. An dem digitalen Verstärker 16 und dem D/A-Wandler, der eine Wandlung der digitalen Daten in analoge Signale vornimmt, ist der Lautsprecher 3 angeschlossen. Durch eine derartige Schaltungsanordnung, in der der Versorgungsspannung die Datenübertragung aufmoduliert ist und dadurch keine zusätzliche Versorgungsleitung benötigt wird und der Endstufe 16 ein Spitzendämpfungs-Kondensator 15 parallel geschaltet ist, was eine konstante Übertragung der mittleren Leistung ermöglicht. Da die typischen Audio-Signale des Spitzenwertes der Leistung um ca. einen Faktor 8 höher liegt als der mittlere Wert, kann durch den Stütz-Kondesator 15 der Leitungsqueschnitt deutlich geringer ausgelegt werden, da die Spitzen vom Kondensator 15 abgefangen werden.
Dadurch, dass bei der vorliegende Erfindung ein wesentlicher Bestandteil die Lautsprecher-Einheit 4 ist, die direkt am Lautsprecher 3 angebracht wird und eingehende digitale Signale aus einem Datenbus 7 selektiert, diese gegebenenfalls digital bearbeitet und dann in analoge Audio-Signale in eine Form wandelt, dass ein Lautsprecher 3, wie er in elektro- akustischen Anlagen typischerweise eingesetzt wird, direkt mittels der Vorrichtung betrieben werden kann, wird im laufenden Betrieb der Zustand der Audio-Signale jedes einzelnen Lautsprechers individuell und störungsfrei beeinflusst. Durch die weitere Schaltelektronik 14, die, wie erwähnt, den Zustand des Lautsprechers und der gesamten Schaltelektronik überwacht und dieser Zustand über einen Datenbus 7 der Datenspeicher-Zentrale 2 gemeldet wird, sowie aus einer weiteren Steuervorrichtung, die eingehende Steuersignale individuell für jeden Lautsprecher 3 auswertet, ist es für eine beliebige Anzahl von Lautsprecher-Einheiten 4 mit unterschiedlichen Audio-Signalen und Steuersignalen mittels eines gemeinsamen Busses 7 möglich, jede einzelne Lautsprecher-Einheit 4 individuell und störungsfrei zu beeinflussen.
Ferner ist es aufgrund der vorliegenden Erfindung möglich, durch Überwachung des Zustandes des Lautsprechers und der Schaltelektronik eines Lautsprechers 3 die Funktionsfähigkeit permanent zu überprüfen.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von Audio- Signalen eines Informationssystems (1) , bestehend aus
- einer Zentrale (2) , die Signale digital sendet, empfangt und steuert;
- mindestens einer Lautsprecher-Einheit (4) mit mindestens einem Lautsprecher (3) ;
- mindestens einem bi-direktionalen Datenbus (7),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
m Kombination mit dem Datenfluss ein hochfrequentes Signal zusatzlich übertragen wird, das zur Überwachung der Funktion aller angeschlossenen Komponenten (2, 4, 8) des Systems herangezogen wird; und
- dass der Versorgungsspannung der Datenfluss im Datenbus (7) auf oduliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die digitalen Signale auf dem Datenbus (7) empfängerspezifisch in einer Baugruppe (6) selektiert und für den spezifischen Empfänger (4) aufbereitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine erste Steuereinrichtung (9) der Baugruppe (6) die Einbindung der Audio-und Steuerdaten in Datenbusformat vornimmt und/oder die Extraktion von Daten der Lautsprechereinheit
(4) und der Schaltelektronik (9,17) überwacht und den Zustand an die Zentraleinheit (2) überträgt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass eine zweite Steuereinheit (11) vorgesehen ist, die die eingehenden Steuersignale aus dem Datenbus (7) empfängerspezifisch auswertet und in empfängerspezifische Signale wandelt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels eines gemeinsamen Busses (7) eine vorgegebene Anzahl von unterschiedlichen Audio-Signalen und Steuersignalen übertragen wird.
6. Verfahren nach einem der λrarangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Daten per Funk datenkomprimiert mittels einer Bandbreite von etwa 15 kBaud übertragen werden.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Datenformat auf der Basis von RS 485-Signalen verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Signalfluss bis zum Lautsprecher (3) überwacht wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Datenfluss (Audio-Signal) ein hochfrequentes Signal übertragen wird, das außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt und die Funktionen aller Komponenten im Signalfluss, wie Signalprozessor (13), Endstufe (16) des Lautsprechers (3) überwacht.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuerungsdaten in Echtzeit übertragen werden.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die einzelnen lokalen Lautsprecher-Einheit (4) zu Gruppen zusammengefasst werden und die Lautstärke der einzelnen Lautsprecher (3) automatisch oder ferngesteuert dem Geräuschpegel der Umgebung angepasst wird.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Signale im Datenbus (3) mit einer mittleren elektrischen Leistung übertragen werden und direkt am Lautsprecher (3) in einer einzigen Baugruppe (4) einer Signalverarbeitung unterzogen werden, die hohe akustische Leistung und Qualität erzeugt,
13. Audio-S_ystem (1) zum Senden, Empfangen und Bearbeiten von Signalen eines Informationssystems (1), besbehend aus
einer Zentrale (2), die Signale sendet, empfängt und steuert;
mindestens einer Lautsprecher-Einheit (4) mit mindestens einem Lautsprecher (3) ;
mindestens einem Datenbus (7) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
digitale und/oder analoge Signale gesendet, empfangen und gesteuert werden;
alle Lautsprecher-Einheiten (4, n) von der Datenspeicher-Zentrale (2) versorgt und gesteuert werden;
wobei die Steuerungsdaten der Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
14. Audio-System nach Anspruch 13, a d u c h g e k e n n z e i c n e , dass der Lautsprecher- Einheit (4) emgangsseitig mindestens ein Kondensator (15) parallel geschaltet ist.
15. Audio-System nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kapazität (C) und die Spannung (U) des Kondensators (15) so bemessen ist, dass Leistungsspitzen den Kondensator (15) entnommen werden können.
16. Audio-System nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Leistungsverstärkung für den analog betriebenen Lautsprecher (3) mit einem digitalen Leistungsverstärker
(16) durchgeführt wird.
17. Audio-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die direkt am Lautsprecher (3) angeordnete Lautsprecher- Einheit (4) aus dem Datenbus (7) eingehende Signale selektiert, digital verarbeitet und in analoge Signale wandelt.
18. Audio-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Steuervorrichtung (11), die den Zustand der Lautsprecher- Einheit (4) und der Schaltelektronik überwacht und diesen Zustand über einen Datenbus (7) der Zentraleinheit (2) überträgt.
19. Audio-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Steuervorrichtung (9) , die die in der Zentraleinheit (2) eingehenden Steuersignale individuell für jeden Lautsprecher (3) auswertet und die Ergebnisse einem Prozessor (18) (PC) zuführt.
20. Audio-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schnittstelle (19), die die Audio-Steuersignale über einen gemeinsamen Bus (7) überträgt, wobei eine vorgegebene Anzahl von unterschiedlichen Signalen in dem gemeinsamen Bus (7) übertragen werden.
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