Derartige Informations-Systeme sind aus der WO 03/013041 A2 im Stand der Technik bekannt und dienen dazu, eine Mehrzahl von Personen mit Informationen zu versorgen, wobei die Informationen nur für bestimmte Personengruppen bestimmt sind. Ein weiteres im Stand der Technik bekanntes Informations-System ist 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 wird. Die intelligente Lautsprecher-Einheit weist einen digitalen Signalprozessor (DSP) auf, der die Audio-Daten in Übereinstimmung mit den Steuerdaten bearbeitet. Danach werden die digitalen Audio-Daten in Analog-Signale mit Hilfe eines D/A-Wandlers gewandelt, analog verstärkt und dem Lautsprecher zugeführt. 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.

Diese sogenannte intelligente Lautsprecher-Einheit weist ferner einen Mischer auf, der ausgewählte Audiokanäle miteinander vermischt.

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 bekannten 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 Leistungs- oder 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, Räume bzw.

Gebiete mit optimaler Lautheit und bester Tonqualität bei gleichmässiger Leistungsübertragung zu betreiben.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur effizienten Übertragung der effektiven Leistung an mindestens einen Lautsprecher eines Beschallungs-Systems besteht darin, dass unter Verwendung eines speziellen Datenbusses, der die effektive Leistung (P eff) auch bei hohen Crest-Faktor (c) der Signal-Daten zusammen mit den digitalen Daten gleichmäßig überträgt, wobei das entsprechende Verstärker-Modul direkt am Lautsprecher angeordnet ist.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebautes Beschallungs-System mit mindestens einem Lautsprecher und mindestens einem Leistungsverstärker und einer Master-Einheit ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bus sowohl die digitalen Daten als auch die effektive Leistung zur Versorgung des Leistungsverstärkers gleichmäßig überträgt, wobei der digitale Leistungsverstärker in einem Modul direkt am Lautsprecher angeordnet ist.

Dabei ist es vorteilhaft, dass eine dynamische Leistungsanpassung vorgenommen wird, wobei die effektive Leistung über den digitalen Datenbus mit einem kommerziellen Zuführungskabel geführt wird.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die dynamischen Spitzenleistungen direkt im Verstärker-Modul mittels eines Energiepuffers abgefangen werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass als Energiepuffer ein Stützkondensator verwendet wird, wobei der Energiepuffer bei erhöhten Signalspitzen entladen wird und bei geringerem Signalpegel wieder geladen wird.

Vorteilhaft ist es auch, dass ein digitaler Leistungsverstärker mit erhöhter effizienter Leistungsfähigkeit eingesetzt wird.

Vorteilhaft ist die Verwendung eines kommerziellen Standardkabels, z. B. eines CAT5-Kabels mit einem RJ 45 Stecker, wobei der Aderquerschnitt beispielsweise 0, 2 mm2 pro Ader beträgt.

Vorteilhaft ist es ferner, dass der Signalfluss bis zum Lautsprecher überwacht wird.

Vorteilhaft ist es weiterhin, dass ein Verstärker-Modul mindestens einen Lautsprecher speist.

Von ganz besonderem Vorteil ist der Einsatz des Verstärker- Moduls bei Signalen mit relativ hohem Crest-Faktor, wobei der Crest-Faktor als c = Umax/Ueff definiert ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass der Datenbus (5) mindestens zwei Ebenen bzw. Schichten umfasst.

Vorteilhaft ist es dabei, dass mindestens eine Ebene mit der Daten-und Leistungsübertragung belegt ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Ebene mit der Arbitrierung und Datensicherung belegt ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Ebene mit der Teilnehmerorganisation belegt ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Ebene mit der Audio-und Befehlsformation belegt ist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Ebene als Anwendungsebene verwendet wird.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Mehrebenenbus den Vorschriften der Internationalen Standardorganisation (ISO) eines bekannten Kommunikations-Modells (OSI) entspricht, z. B. RS 485.

Das erfindungsgemäße Beschallungs-System weist vorteilhaft einen Leistungsverstärker auf, der digital und/oder analog betrieben wird.

Vorteilhaft ist es dabei, dass das digitale Verstärker-Modul einen Energiepuffer aufweist, der beispielsweise ein Kondensator sein kann.

Vorteilhaft ist es, dass der Datenbus ein lineares Netzwerk ist und die Daten sowohl uni-als auch bidirektional geführt werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Datenbus ein kommerzielles Kabel, z. B. CAT 5, nutzt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Daten auf dem Bus mindestens in zwei Blöcken gesendet werden, wobei die einzelnen Blöcke Header-Steuer,-und Audiodaten beinhalten.

Vorteilhaft ist, dass die Daten, insbesondere die Steuerdaten, zur Fehlererkennung kodiert sind.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Daten auf dem Bus dergestalt kodiert sind, dass der Gleichspannungsanteil der Datensignale gering ist.

Vorteilhaft weist der Bus eine Master-Slave-Struktur auf, wobei als Master jedes beliebige Steuergerät verwendet werden kann und als Slave das o. g. Verstärker-Modul.

Vorteilhaft ist es auch, dass die Module im Bus entweder in Reihe geschaltet sind oder T-förmig angeschlossen werden.

Diese vorteilhaften Ausführungsmerkmale ermöglichen nun eine optimale Leistungsübertragung auf der Grundlage einer RS 485 Schnittstelle. RS485 ist die am häufigsten genutzte Übertragungstechnik. Sie verwendet geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitungen und ermöglicht Übertragungsraten von bis zu 12 MBaud.

Ein symmetrisches Signal, dass als Spannungsdifferenz zwischen den Leitern eines Leitungspaares repräsentiert ist, dient zum Senden und Empfangen von binären Informationen.

Der differentielle Ausgang der Bus-Teilnehmer liefert mindestens 1, 5 V und maximal 5, 25 V. Der differentielle Eingang besitzt eine Schwelle von 0, 2 V.

Der Daten-Bus verwendet eine Vollduplex-Übertragung, also je ein Leiterpaar pro Richtung (4-Draht-Kabel).

Zusätzlich erfolgt die Spannungsversorgung der angeschlossenen Module über diese Leitung. Dazu liegt zwischen dem Leiterpaar für den Datentransfer zu den Modulen (TX) und dem Leiterpaar für den Datentransfer von den Modulen (RX) eine Gleichspannung von maximal 50 V. Dabei liegt das TX-Leiterpaar auf dem negativen Potential (Masse) und das RX- Leiterpaar auf dem positiven Potential. Die Differenzspannung zur Datenübertragung wird auf diese Gleichspannung aufmoduliert.

Geeignete Kabel müssen einen ausreichend geringen Widerstand zur Leistungsübertragung besitzen sowie die Übertragung der Datensignale über eine benötigte Kabellänge gewährleisten.

Ein empfohlenes Kabel ist das CAT5 STP. Es besitzt 4 Leiterpaare mit einem Adernquerschnitt von 0/2 mm2. Bei dem Daten-Bus werden je zwei Leiter parallel geschaltet, damit stehen 2 Leiterpaare zur Übertragung zur Verfügung. Für die Leistungsübertragung entsteht ein Leitungsquerschnitt von 0, 8 mm2. Zur Minimierung der Signalreflexion muss die Leitung an beiden Enden mit der charakteristischen Impedanz des Kabels terminiert werden. Bei CAT5 ist ein Widerstand von 100 Ohm zu wählen. Dieser muss an jeder Seite zwischen TX+ und TX-bzw. zwischen RX+ und RX-geschaltet werden.

Der erfindungsgemäße Daten-Bus überträgt auf einer 4-Draht- Leitung neben den digitalen Audio-und Steuerdaten in beiden Richtungen auch die Versorgungsleistung der angeschlossenen Module.

An diesem Bus können die Verstärkermodule direkt am Lautsprecher betrieben werden. Diese Verstärkermodule bieten neben einem sehr effizienten digitalen Verstärker auch Energiepuffer für die Signalspitzen. Damit kann die effektive Leistung gleichmässig an diese Module übertragen werden. Der Energiepuffer liefert die erhöhte Leistung bei Signalspitzen und wird während der geringeren Signalpegel wieder geladen.

Mit dieser dynamischen Leistungsanpassung erhält man die Möglichkeit, bei der Leistungszuführung über das Kabel lediglich die effektive Leistung zu betrachten, während die dynamischen Spitzenlasten direkt am Lautsprecher abgefangen werden.

Durch die dynamische Leistungsanpassung am Lautsprecher erhält man nun die Möglichkeit, eine Beschallungsanlage in der Leistung optimal an das verwendete Programmsignal anzupassen, was zu einer äquivalenten Leistungsabgabe an den Lautsprechern führt.

Betrachtet wird folgend beispielhaft ein System mit 100 m Daten-Bus. Verwendet wird ein Kabel mit 4 x 0,5 mm2 Adernquerschnitt. Es soll eine Gleichspannung von 48 V mit 75 W eingespeist werden, nach 100 m erhält man entsprechend der Kabelverluste eine Leistung von 65,5 W. Ausgehend von einem Wirkungsgrad des Verstärkers von 85% ergibt sich eine effektive Leistung am Lautsprecher von 55,7 W. Durch die dynamische Leistungsanpassung kann z. B. bei typischem Sprachsignal mit einem Crest-Faktor von 13 dB eine Lautheit erzeugt werden, die einem herkömmlichen Verstärker mit 557 W verzerrungsbegrenzter Ausgangsleistung direkt am Lautsprecher entspricht. Bei einem herkömmlichen Verstärker und einem Kabelweg von 100 m mit 4 x 0,5 mm2 Adernquerschnitt kann diese Lautheit und Wiedergabequalität einem herkömmlichen 100 V-Beschallungssystem nur mit 818 W verzerrungsbegrenzter Ausgangsleistung erreicht werden. Dabei sind z. B.

Trafoverluste bei den herkömmlichen Systemen nicht beachtet.

Folgende Tabelle zeigt den Vorteil der dynamischen Leistungsanpassung anhand eines Beispiels mit 100 m Leitung mit 4 x 0,5 mm2 Adernquerschnitt bei verschiedenen Programm- Signalen. Dabei wird eine Leistung von 75 W bei 48V Gleichspannung in den UPAT Daten-Bus gespeist.

Für die äquivalente Leistungsabgabe wurde ein Wirkungsgrad des digitalen Verstärkers von 85% angenommen.

Die äquivalente Leistung entspricht dabei der verzerrungsbegrenzten Ausgangsleistung, die ein herkömmlicher Verstärker direkt am Lautsprecher benötigt um die gleiche Lautheit und Wiedergabequalität zu erzeugen. Für die Verstärkerleistung eines 100 V-Systems wurde von dem gleichen Kabel ausgegangen. Die Transformatorenverluste am Lautsprecher im herkömmlichen System wurden dabei vernachlässigt. Programm-Crest-Leistung Äquivalente Verzerrungs- signal Faktor ins Leistungs-begrenzte Kabel abgabe der Ausgangs- ein-Verstärker-leistung eines gespeist module an die 100 V- mit Lautsprecher Verstärkers zur 48 V DC nach 100 m Erzeugung der Leitung mit gleichen 4 x 0,5 mm2 Lautheit und Adern-Wiedergabe- querschnitt qualität bei gleichem Kabel Sinus-Signal 3 dB 75 W 55, 7 W 57, 0 W Rosa 6 dB 75 W 111 W 116 W Rauschen Komprimierte 9 dB 75 W 222 W 245 W Musik typ. Sprache typ. 13 dB 75 W 557 W 818 W Messsignal 17,3 75 W 1499 W Aufgrund der zur dB Kabelverluste dynamischen nicht möglich. Leistung nach EIA/CEA-490- A Dynamische 20 dB 75 W 2792 W Aufgrund der Musik typ. Kabelverluste nicht möglich.

Bei typischer komprimierter Musik (9 dB Crest-Faktor) muss bei dieser Anwendung im herkömmlichen System ein Verstärker mit 245 W verzerrungsbegrenzter Ausgangsleistung eingesetzt werden, um die gleiche Lautheit und Verständlichkeit zu erzeugen wie 75 W eingespeist in den erfindungsgemäßen Daten- Bus.

Für Signale mit höherer Dynamik ist der Unterschied noch deutlicher. Bei typischer Sprache benötigt man einen 100 V- Verstärker mit 818 W verzerrungsbegrenzter Ausgangsleistung im Vergleich zu den 75 W im Falle des erfindungsgemäßen Daten-Bus.

Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 : eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Busses (5) mit der Master-Einheit (2) und die in Reihe geschalteten Verstärker-Module (3) ; Fig. 2 : eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Busses (5) mit der Master-Einheit (2) und die in Reihe geschalteten Verstärker-Module (3) im bi- direktionalem Betrieb ; Fig. 3 : eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Busses (5) mit der Master-Einheit (2) und die T- förmig angeschlossenen Verstärker-Module (3) im unidirektionalem Betrieb ; In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Busses 5 mit der Master-Einheit 2 und die in Reihe geschalteten Verstärker-Module 3 gezeigt. Der Der Bus hat zwei Funktionsvarianten : der bi-und der unidirektionale Betrieb. Im bidirektionalen Betrieb werden Audiodaten auch von den Modulen zum Master gesendet. Der Rückkanal ist deswegen ständig aktiv. Im unidirektionalen Fall werden nur Steuerdaten an den Master zurück gesendet, der Rückkanal ist nur bei Bedarf aktiv.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeipiel als Prinzipdarstellung des Busses 5 mit der Master-Einheit 2 und die in Reihe geschalteten Verstärker-Module 3 im bidirektionalem Betrieb gezeigt. Beide Leitungspaare 6, das hinlaufende und das rücklaufende, gehen durch die Module 2.

Die Versorgungsspannung wird durchgereicht. Die Slave- Einheiten 3 lesen vom hinlaufenden Datenleitungspaar 6, 61, welches ausschliesslich vom Master 2 beschrieben wird. Das Schreiben ist für die Slave-Module 3 nur auf das rücklaufende Datenleitungspaar 6, 6' möglich. Dabei schreiben die Module 3 nur auf Anfrage vom Master 2 (Polling). Dadurch werden Kollisionen vermieden. Steuerdaten werden nur auf Anfrage zeitlich begrenzt geschrieben, Audio-Daten werden nach Anfrage permanent übertragen bis der Master 2 mittels konkreter Anweisung dies wieder unterbindet. Die nicht beschriebenen Daten werden durchgereicht.

Das physikalisch letzte Modul 2 im Bus 5 muss einen Leerrahmen senden, um für das rücklaufende Datenleitungspaar einen definierten Datenframe und Takt zu erzeugen. Dabei können die Steuer-und Audiodaten durch das letzte Modul 3 entsprechend dessen Funktion beschrieben werden.

Das letzte Modul 3 erkennt seine Position daran, dass kein Datenframe auf dem rücklaufendem Datenleitungspaar empfangen wird, dann wird automatisch der Datenframe des hinlaufenden Datenleitungspaares (ohne Steuer-und Audiodaten) durchgeschaltet.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeipiel als Prinzipdarstellung des Busses 5 mit der Master-Einheit 2 und die in Reihe geschalteten Verstärker-Module 3 im unidirektionalem Betrieb gezeigt. Die Module 3 werden an beide Leitungspaare 6, 6' T-förmig angeschlossen. Die Slave- Einheiten 3 lesen vom hinlaufenden Datenleitungspaar, welches ausschliesslich vom Master 2 beschrieben wird. Das Schreiben ist für die Slave-Module 3 nur auf das rücklaufende Datenleitungspaar 6'möglich. Dabei schreiben die Module 3 nur auf Anfrage vom Master 2 (Polling) um Kollisionen zu vermieden.