<Desc/Clms Page number 1>
Signaalcombinatieschakeling, signaalbewerkingsschakeling voorzien van de signaalcombinatieschakeling, stereofonische audioweergave-inrichting voorzien de signaalbewerkingsschakeling, alsmede een audio-visuele weergave-inrichting voorzien van de stereofonische audioweergave-inrichting.
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een signaalcombinatieschakeling met een eerste en tweede ingang voor de ontvangst van signalen met frequenties binnen het audiofrequentiespectrum en een uitgang, waarbij de schakeling een eerste signaalpad met een eerste overdrachtskarakteristiek omvat voor het doorgeven van signaalcomponenten van het op de eerste ingang ontvangen signaal aan de uitgang, en waarbij de schakeling een tweede signaalpad met een tweede overdrachtskarakteristiek omvat voor het doorgeven van op de tweede ingang ontvangen signaalcomponenten aan de uitgang, waarbij de overdrachtkarakteristieken verschillen vertonen die een faseverschuiving veroorzaken tussen signaalcomponenten die via het eerste signaalpad zijn doorgegeven en signaalcomponenten die via het tweede signaal pad worden doorgegeven.
De uitvinding heeft voorts betrekking op signaalbewerkingsschakeling voor verbreding van een stereobeeld dat overeenkomt met een stereo-audiosignaal, en waarin een signaalcombinatieschakeling van de hiervoor genoemde soort is toegepast.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een stereofonische audio weergave-inrichting voorzien van een signaalbewerkingsschakeling van de hiervoor genoemde soort.
Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een audiovisuele weergaveinrichting voorzien van een stereofonische weergave inrichting van de hiervoor genoemde soort.
Een signaalcombinatieschakeling, een signaalbewerkingsschakeling alsmede een stereofonische audioweergave-inrichting van de hiervoor genoemde soorten zijn onder andere bekend uit het amerikaanse Aldaar wordt een stereofonische audioweergave-inrichting geopenbaard, waarbij ter verbreding van het stereobeeld een signaalbewerkingsschakeling wordt toegepast. Met deze signaalbewerkingsschakeling wordt het verschil tussen het linker en rechter kanaalsignaal bepaald. Dit verschilsignaal wordt vervolgens met behulp van een vertragingsschakeling over een tijd in de orde grootte van 0, Dit vertraagde verschilsignaal wordt opgeteld bij respectievelijk afgetrokken van het
<Desc/Clms Page number 2>
oorspronkelijke linker kanaalsignaal respectievelijk het rechter kanaalsignaal.
Het aldus aangepaste linker kanaalsignaal omvat het oorspronkelijke linker kanaalsignaal plus het vertraagde linker kanaalsignaal minus het vertraagde rechter kanaalsignaal. Het aangepaste rechter kanaalsignaal omvat het oorspronkelijke rechter kanaalsignaal plus het vertraagde rechter kanaalsignaal minus het vertraagde linker kanaalsignaal. Bij ontvangst van stereosignalen heeft de aftrekking van het vertraagde linker kanaalsignaal van het rechter kanaalsignaal en omgekeerd een verbreding van het stereobeeld tot gevolg.
Bij ontvangst van mono-signalen is het linker kanaalsignaal gelijk aan het rechter kanaalsignaal. Dit betekent dat het bepaalde verschil tussen het linker en rechter kanaalsignaal gelijk aan nul is, hetgeen betekent dat de oorspronkelijke monosignalen doorgegeven worden aan de luidsprekers. Er vindt dus geen kleuring (=frequentieafhankelijke amplitude-overdracht) plaats van het weergegeven mono audiosignaal.
Bezwaarlijk bij de bekende inrichting is echter dat bij verwerking van stereosignalen tonen in het oorspronkelijke linker (of rechter) kanaalsignaal met een periodetijd die ongeveer gelijk is aan (n+ 1)/2 keer de vertragingstijd (met n een positief geheel getal) niet meer in het aangepaste linker (of rechter) kanaalsignaal voorkomen. Immers voor die frequenties zijn het oorspronkelijke signaal en het vertraagde signaal in tegenfase.
Een signaal met deze frequenties wordt echter wel door het andere aangepaste signaal omvat. Met andere woorden : in het linker kanaal voorkomende tonen met bepaalde frequenties worden rechts weergegeven en omgekeerd.
Zo kan het voorkomen dat een muziekinstrument, afhankelijk van de toonhoogte van het door dit instrument afgegeven geluid aan de linkerzijde dan wel aan de rechterzijde wordt waargenomen, hetgeen als storend wordt ervaren door de luisteraar.
Het is een doel van de uitvinding om middelen te verschaffen waarmee het stereobeeld verbreed wordt zonder dat er noemenswaardige signaalkleuring optreedt bij weergave van monosignalen, en waarbij de verplaatsing van signaal van het linker naar het rechter kanaal of omgekeerd worden tegengegaan.
Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt met een combinatieschakeling volgens de openingsparagraaf en welke is gekenmerkt, doordat voor frequenties beneden een genoemde voorafbepaalde frequentie de door de eerste overdrachtskarakteristiek vastgelegde amplitude-overdracht groter is dan de door de tweede
<Desc/Clms Page number 3>
overdrachtskarakteristiek vastgelegde amplitude-overdracht, en waarbij bij doorverbinding van de eerste en tweede ingang de amplitude-overdracht tussen de doorverbonden ingangen en de uitgang als funktie van de frequentie in hoofdzaak constant is.
Een signaalcombinatieschakeling volgens de uitvinding voor verbreding van het stereobeeld dat overeenkomt met een stereo-audiosignaal dat een linker en een rechter kanaalsignaal omvat is voorzien van een linker-kanaal-ingang voor ontvangst van een linker kanaalsignaal van een stereosignaal, van een tweede ingang voor ontvangst van een rechter-kanaal-ingang voor ontvangst van een rechter-kanaalsignaal, van een een. en tweede signaalcombinatieschakeling, waarbij de linker-kanaal-ingang is verbonden met de eerste ingang van de eerste signaalcombinatieschakeling en de tweede ingang van de tweede signaalcombinatieschakeling, waarbij de rechter-kanaal-ingang is verbonden met de tweede ingang van de eerste signaalcombinatieschakeling en de eerste ingang van de tweede signaalcombinatieschakeling.
Bij de signaalbewerkingsschakeling volgens de uitvinding wordt aan de uitgang van de combinatieschakelingen voor afgifte van een aangepast rechter kanaalsignaal een gefilterd rechter kanaalsignaal afgegeven verminderd met het gefilterde linker kanaalsignaal. Aan de combinatieschakeling voor het afgeven van het linker kanaalsignaal wordt een gefilterd linker kanaalsignaal afgegeven verminderd met een gefilterd rechter kanaalsignaal. De signaalcomponenten aan de beide uitgangen die afkomstig zijn van het linker kanaalsignaal worden overgedragen via signaalpaden, met verschillende fasekarakteristieken, zodat er een faseverschil bestaat tussen deze linker kanaalsignaalcomponenten in de verschillende signaalpaden.
Voor de signaalcomponenten op de uitgangen die afkomstig zijn van het rechter kanaalsignaal bestaat als gevolg van de verschillende overdrachtskarakteristieken van de signaalpaden ook een faseverschil. Deze faseverschillen hebben een verbreding van het stereobeeld tot gevolg.
Daar de amplitude-overdracht in het eerste signaalpad hoger is dan in het tweede signaalpad kan een volledige verplaatsing van signaal van het ene naar het andere kanaal niet voorkomen. De overdrachtkarakteristieken zijn zo gekozen dat de amplitude-overdracht voor monosignalen in hoofdzaak constant is als funktie van de frequentie. Er vindt dan nagenoeg geen kleuring plaats van de weergegeven monosignalen.
<Desc/Clms Page number 4>
Een uitvoeringsvorm van de signaalcombinatieschakeling wordt gekenmerkt doordat de schakeling is voorzien van een signaalsamenvoegschakeling met een eerste en tweede ingang en een uitgang, een eerste filter dat is aangesloten tussen de eerste ingang van de signaalcombinatieschakeling en de eerste ingang van de signaalsamenvoegschakeling, van een tweede filter dat aangesloten is tussen de tweede ingang van de signaalcombinatieschakeling en de tweede ingang van de signaalsamenvoegschakeling, en van een derde filter dat aangesloten is tussen de uitgang van de signaalsamenvoegschakeling en de uitgang van de signaalcombinatieschakeling.
Toepassing van het derde filter heeft het voordeel dat filterbewerkingen die op de signalen in beide signaalpaden moeten worden uitgevoerd in eenzelfde filter ondergebracht zijn, hetgeen de eenvoud van de schakeling ten goede komt.
In het geval dat de bewerkingsschakeling volgens de uitvinding wordt toegepast in een stereofonische audioweergave-inrichting die is voorzien van een zogeheten subwoofer voor het weergeven van de som van de zeer lage tonen van het linker en rechter kanaal, dan kan het voor de subwoofer bestemde signaal probleemloos afgeleid worden van de kanaalsignalen nadat deze door de bewerkingsschakeling zijn aangepast. Immers voor de som van de lage tonen is de amplitude-overdracht als funktie van de frequentie constant.
Toepassing van de stereofonische audio weergave-inrichting is zeer aantrekkelijk voor audiovisuele weergave-inrichtingen. Immers bij deze inrichtingen zijn in het algemeen luidsprekers en beeldweergavescherm in dezelfde behuizing aangebracht. Vanwege de beperkte afmeting van de behuizing is de afstand tussen de luidsprekers klein en daarmee is het stereobeeld smal. Verbreding van het stereobeeld met behulp van de signaalbewerkingschakeling verbetert de kwaliteit van de stereoweergave dan ook aanzienlijk.
De uitvinding zal hierna nader worden verklaard onder verwijzing naar de figuren 1 tot en met 7, waarin figuur 1 een uitvoeringsvorm van een signaalcombinatieschakeling volgens de uitvinding toont, figuur 2 de amplitude-overdrachtskarakteristiek toont van verschillende signaalpaden, figuur 3,4 en 7 uitvoeringsvormen tonen van stereofonische audioweergave inrichtingen waarin de signaalcombinatieschakeling is toegepast,
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
figuur 5 een audio-visuele weergave-inrichting toont, en figuur 6 de fase-overdrachtskarakteristieken toont van verschillende signaalpaden.
In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van een signaalcombinatieschakeling 1 volgens de uitvinding weergegeven. De signaalcombinatieschakeling 1 is voorzien van een eerste (2) en tweede ingang 3 voor het ontvangen van signalen met frequenties binnen het audiofrequentiespectrum (van ongeveer 20 Hz tot ongeveer 20 kHz.) De ingang 2 is via een filter 5 met een overdrachtskarakteristiek Il met een ingang van een signaalsamenvoegschakeling, bijvoorbeeld met een niet-inverterende ingang van een aftrekschakeling 8. De ingang 3 is via een filter 6 met een overdrachtskarakteristiek H2 gekoppeld met een inverterende ingang van de aftrekschakeling 8. Een verschilsignaal dat overeenkomt met het bepaalde verschil tussen de op de inverterende en niet inverterende ingang aangeboden signalen wordt aan een uitgang van de aftrekschakeling 8 afgegeven.
In de uitvoeringsvorm van figuur 1 is de samenvoegschakeling een aftrekschakeling. Echter ook andere samenvoegschakelingen zoals bijvoorbeeld optelschakelingen zijn mogelijk. In dat geval dient een van twee filters 5 en 6 een extra inverteerbewerking uit te voeren. Het verschilsignaal wordt door een filter 7 met een overdrachtskarakteristiek H3 gefilterd en vervolgens doorgegeven aan de uitgang 4.
De fase-overdrachtskarakteristieken < H1. en < H2. respectievelijk van de ingang 2 naar de uitgang 4 en de ingang 3 naar de uitgang 4 zijn in figuur 6 weergegeven als funktie van de frequentie f.
Het verschil tussen < Hl. en < H2. neemt geleidelijk af van 1800 voor lage frequenties tot nul over hoge frequenties.
De respectievelijk aan de ingang 2 naar uitgang 4 en de ingang 3 naar de uitgang 4, in figuur 2 weergegeven als funktie van de frequentie f. De amplitude-overdrachten I Hl. en j vallen af boven een voorafbepaalde frequentie fO. Voor het geval dat de ingangen 2 en 3 met elkaar doorverbonden zijn is de amplitude-overdracht I van de doorverbonden ingangen 2 en 3 naar de uitgang van de aftrekschakeling 8 eveneens weergegeven in figuur 2. De amplitude-overdracht jHm) is nagenoeg vlak voor het gehele audiofrequentiegebied. Voor het geval dat de ingangen 2 en 3 met elkaar verbonden zijn is de fase-overdracht < Hm = < (H1+H2).
<Desc/Clms Page number 6>
eveneens weergegeven in figuur 6. De fase-overdrachtskarakteristiek < Hm is nagenoeg vlak over het gehele audiofrequentiegebied.
De overdrachtskarakteristiek van het signaalpad tussen de ingang 2 en de uitgang 4 is gelijk aan het produkt van de overdrachtkarakteristieken Hl en H3. De overdrachtskarakteristiek van het signaalpad tussen de ingang 3 en de uitgang 4 is gelijk aan het produkt van de overdrachtkarakteristieken H2 en H3.
Het zal de vakman dan ook duidelijk zijn dat in het geval dat voor filter 5 een filter gekozen wordt met de overdrachtskarakteristiek van het filter Hl gelijk aan Hl. H3 en dat voor het filter 6 een filter gekozen wordt dat gelijk is aan H2. H3 de uitgang van de aftrekschakeling 8 direct (ongefilterd) doorgegeven kan worden aan de uitgang 4.
Plaatsing van het filter 7 tussen de uitgang van de aftrekschakeling 8 en de uitgang 4 heeft echter het voordeel dat filterbewerkingen die zowel op de signalen in het signaalpad tussen ingang 2 en uitgang 4 alsook op de signalen in het signaalpad tussen ingang 3 en uitgang 4 moeten worden uitgevoerd in eenzelfde filter ondergebracht zijn, waardoor de filters 5 en 6 eenvoudiger kunnen blijven.
Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een stereofonische audio weergave-inrichting met een signaalbewerkingsschakeling 20 voor verbreding van een stereobeeld. De signaalbewerkingsschakeling 20 is voorzien van een linker kanaalingang 21 voor ontvangst van een linker kanaalsignaal van L een stereo-audiosignaal. Voor de ontvangst van een rechter-kanaalsignaal R van het stereo-audiosignaal is de bewerkingsschakeling 20 voorzien van een rechter kanaalingang 22. De signaalbewerkingsschakeling 20 is verder voorzien van een eerste signaalcombinatieschakeling la en een tweede signaalcombinatieschakeling Ib. De signaalbewerkingsschakelingen la en Ib zijn beide van een soort zoals getoond in figuur 1.
De ingangen en uitgangen van de signaalcombinatieschakelingen zijn aangeduid met verwijzingscijfers die overeenkomen met de in figuur l gebruikte verwijzingscijfers, waarbij de achtervoegsels a en b aanduiden bij welk van de signaalbewerkingsschakelingen la of Ib de in- en uitgangen behoren. De linker kanaalingang 21 is verbonden met de ingang 2a van de signaalcombinatieschakeling la en de ingang 3b van de tweede signaalcombinatieschakeling Ib. De rechter-kanaalingang 22 is verbonden met de ingang 2b van de signaalcombinatieschakeling Ib en de ingang 3a van de signaalcombinatieschakeling la.
<Desc/Clms Page number 7>
Een linker kanaalluidspreker 23 is aan gesloten op de uitgang 4a van de signaalbewerkingsschakeling la. Een rechter kanaalluidspreker is aangesloten op de uitgang 4b van de signaalcombinatieschakeling Ib.
De werking van de in figuur 2 getoonde stereofonische audioweergaveinrichting is als volgt. In het geval dat een stereo-audiosignaal wordt aangeboden dan wordt aan de linker-kanaal-luidspreker een gefilterd linker kanaalsignaal aangeboden.
Aan de rechter kanaalluidspreker wordt eveneens een gefilterd linker kanaalsignaal aangeboden, waarvan de fase is verschoven ten opzichte van het aan de linker kanaalluidspreker aangeboden gefilterde linker kanaalsignaal. Aan de rechter-kanaalluidspreker wordt een gefilterd rechter kanaalsignaal aangeboden. Aan de linker kanaalluidspreker wordt eveneens een gefilterd rechter kanaalsignaal aangeboden, waarvan de fase is verschoven ten opzichte van het aan de rechter kanaalluidspreker aangeboden gefilterde rechter kanaalsignaal. Door de aanbieding van een in fase verschoven component van het linker kanaal aan de rechter kanaalluidspreker zal er een virtuele verschuiving naar links plaats vinden van de positie van de geluidsbron die het linker kanaal weergeeft.
Op soortgelijke wijze vindt er een virtuele verschuiving naar rechts plaats van de bron die het rechter kanaalsignaal weergeeft. Met andere woorden het stereobeeld wordt virtueel verbreedt. Voor de frequenties beneden de frequentie fO de amplitude-overdracht van het signaalpad (van het linker kanaalsignaal L) tussen de ingang 2a en uitgang 4a groter is dan die van het signaalpad (van het rechter kanaalsignaal R) tussen de ingang 3a en de uitgang 4a, zodat componenten van het linker kanaalsignaal L dominant aanwezig zijn voor deze frequenties. Ook in het overgrote deel van het spectrum boven deze frequentie fO is de amplitude-overdracht via het signaalpad tussen de ingang 2a en uitgang 4a groter dan de overdracht via het signaalpad tussen ingang 3a en 4a.
Dus de voor het linker kanaal bestemde audioinformatie wordt grotendeels naar de linker kanaalluidspreker 23 toegevoerd. Het linker kanaalsignaal wordt via het signaalpad tussen de ingang 2a en uitgang 4a toegevoerd aan de linker kanaalluidspreker 23. Het linker kanaalsignaal L wordt via het signaalpad tussen de ingang 3b en de uitgang 4b toegevoerd aan de rechter kanaalluidspreker 24.
Bij weergave van monosignalen (signalen waarbij het linker kanaalsignaal L en het rechter kanaalsignaal aan elkaar gelijk zijn), is de amplitude waarmee het monosignaal (L of R) voor alle frequenties hetzelfde. Met andere woorden er vindt bij monoweergave geen kleuring van het weergegeven signaal plaats.
<Desc/Clms Page number 8>
Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van een stereofonische audioweergave-inrichting waarin een andere uitvoeringsvorm van de signaalbewerkingsschakeling volgens de uitvinding is aangeduid met verwijzingscijfer 43. Verder zijn in figuur 4 de onderdelen die overeenkomen met de in figuur 3 getoonde onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. Met verwijzingscijfer 40 wordt een luidspreker weergegeven voor het weergegeven van de zeer lage frequenties, bijvoorbeeld frequentie beneden de 250 Hz. Een dergelijke luidspreker wordt in het algemeen aangeduid met de engelstalige term "subwoofer". Het signaal voor de subwoofer 40 wordt afgeleid uit het rechter kanaalsignaal L op ingang 21 en het rechter kanaalsignaal R op ingang 22.
Daartoe is de inrichting voorzien van een sommatieshakeling 41 voor het optellen van het linker kanaalsignaal L en het rechter kanaalsignaal R. Een uitgangssignaal dat overeenkomt met de som van de signalen L en R wordt op een uitgang van de sommatieschakeling 41 afgegeven. Dit signaal wordt via een laagdoorlaatfilter 42, dat alleen signaalcomponenten doorlaat met frequenties die in het weergavespectrum van de subwoofer 40 zijn gelegen. Bij toepassing van de subwoofer 40 kunnen de overdrachtkarakteristieken van de filters 5 en 6 in de combinatieschakelingen la en 1 b zodanig aangepast worden dat zij slechts die signaalcomponenten doorlaten die niet aan de subwoofer 40 worden toegevoerd.
Figuur 7 toont een andere uitvoeringsvorm van de stereofonische audio weergeefinrichting volgens de uitvinding. Verder zijn in figuur 7 zijn de elementen die identiek zijn met eerder beschreven elementen in andere uitvoeringsvormen met hetzelfde verwijzingscijfer aangeduid.
De ingangen van de sommatieschakeling 41 zijn aangesloten op de uitgangen van de combinatieschakelingen la en Ib. Het uitgangssignaal Sw aan de uitgang van de optelschakeling wordt gegeven door Sw = L (H1+H2). H3 + R (H1+H2) H3 = (L+R) Hm.
Aangezien Hm voor het subwoofer frequentiegebied konstant is als funktie van de frequentie is het signaal op een vaste versterkingsfaktor I Hm I 0 na in hoofdzaak gelijk aan de som van het linker kanaalsignaal L en het rechter kanaalsignaal R.
Het uitgangssignaal van de sommatieschakeling 41 wordt toegevoerd aan een schakeling 70 met een konstante amplitude-overdracht 1 hum voor de frequenties in subwoofer frequentiegebied.
Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een audiovisuele weergave-
<Desc/Clms Page number 9>
inrichting in de vorm van bijvoorbeeld een televisietoestel of een zogeheten "multi- media" audio-visuele inrichting. De audio-visuele weergave-inrichting omvat een behuizing 51 waarin een beeldweergavescherm 50 voor het weergeven van videobeelden is ondergebracht. Ter linkerzijde van het beeldweergavescherm is de linker kanaalluidspreker 23 aangebracht. De rechter kanaalluidspreker 24 is ter rechterzijde van het beeldweergavescherm aangebracht. De linker kanaalluidspreker 23 en de rechter kanaalluidspreker worden aangestuurd door in figuur 3 of 4 weergegeven signaalbewerkingsschakelingen 20 of 43.
Toepassing van de bewerkingsschakelingen 20 en 43 met een stereobeeld verbredende werking in audiovisuele weergave-inrichtingen is zeer aantrekkelijk.
Immers, vanwege de beperkte afmeting van de behuizing is de afstand tussen de luidsprekers klein en daarmee is het stereobeeld smal. Verbreding van het stereobeeld met behulp van de signaalbewerkingschakeling verbetert de kwaliteit van de stereoweergave dan ook aanzienlijk.