DE10144623A1

DE10144623A1 - Audiowiedergabegerät für Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10144623A1
Application number: DE10144623A
Authority: DE
Inventors: Junichi Usui; Tetsunori Itabashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2002-07-18
Also published as: CN1343591A; KR100795282B1; CN1250045C; US6501843B2; US20020034308A1; JP4264686B2; KR20020021343A; JP2002095096A

Abstract

Ein Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52, um ein geliefertes digitales Linkskanal-Audiosignal XL(Z) und ein geliefertes digitales Rechtskanal-Audiosignal XR(Z) in ein digitales Audiosignal YL(Z) bzw. ein digitales Audiosignal YR(Z) zur Ausgabe umzusetzen, ausgedrückt durch: DOLLAR A YL(Z) È GLL(Z) + YR(Z) È GLR(Z) DOLLAR A = XL(Z) È FLL(Z) + XR(Z) È FLR(Z) DOLLAR A YR(Z) È GLL(Z) + YL(Z) È GLR(Z) DOLLAR A = XR(Z) È FLL(Z) + XL(Z) È FLR(Z) DOLLAR A wobei FLL(Z) bis GLR(Z) vorgegebene kopfbezogene Übertragungsfunktionen sind; eine Tiefenkorrekturschaltung 53, um reflektierte Tonsignale zu den Signalen YL(Z) bzw. YR(Z) zu addieren; eine D/A-Umsetzungsschaltung 6, um Ausgangssignale der Korrekturschaltung 53 einer D/A-Umsetzung zu unterwerfen; und eine Pegelsteuerschaltung 522, um den Pegel eines Differenzsignals in der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 zu steuern; wodurch analoge Audiosignale, welche von der D/A-Umsetzungsschaltung 6 ausgegeben werden, zu einem Linkskanal-Lautsprecher bzw. einem Rechtskanal-Lautsprecher geliefert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug.

Wenn ein Audiowiedergabegerät Musik oder dgl. reproduziert, wird als Idealhöhe eines reproduzierten Tonbildes die Augenhöhe des Zuhörers angesehen. Daher werden Laut sprecher allgemein an der Augenhöhe des Zuhörers befestigt.

Bei einem Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug ist es jedoch schwierig, Lautsprecher an der Augenhöhe des Zuhörers, d. h., des Fahrers oder des Passagiers des Fahr zeugs, d. h., eines Insassen zu befestigen. Wie in Fig. 12A gezeigt ist, sind die Lautsprecher häufig an einer unteren Position (1) von Vordertüren des Fahrzeugs oder an einer unteren Po sition (2) der hinteren Türen befestigt. Der reproduzierte Ton wird folglich von der Richtung der unteren Position gehört, so daß das Tonbild an einer Position unterhalb der Augenhöhe des Zuhörers lokalisiert ist.

Um ein derartiges Problem zu vermeiden, gibt es ein Verfahren, Lautsprecher mit kleinem Durchmesser, um hohe Frequenzen zu reproduzieren, an einer Position (3) vor dem Zuhörer anzubringen, wie in Fig. 12A gezeigt ist. Dieses Verfahren jedoch bewirkt, daß ein reproduzierter Ton mit hohen Frequenzen und ein reproduzierter Ton mit niedrigen Frequen zen von unterschiedlichen Positionen geliefert wird, woraus separate Wiedergabetöne resul tieren.

Außerdem ist es bekannt, daß ein Ton dazu neigt, mehr absorbiert zu werden, wenn dessen Frequenz angehoben wird. Wenn folglich die Lautsprecher an einer niedrigeren Position in einem Fahrzeugabteil angebracht sind, wird der hohe Frequenzton durch die Sitze und dem Innenraum des Abteils absorbiert. Dies hat eine Differenz zwischen dem reprodu zierten Ton, der durch das Audiowiedergabegerät ausgegeben wird, und dem Ton zur Folge, der tatsächlich durch den Zuhörer gehört wird.

Um mit der obigen Situation fertig zu werden, ist es wirksam, Übertragungsfunk tionen im Abteil tatsächlich festzulegen und den reproduzierten Ton gemäß dem Übertra gungsfunktionen zu korrigieren. Dies erfordert jedoch ein digitales Hochleistungs-Signalver arbeitungsgerät. Da ein solches digitales Verarbeitungsgerät ziemlich teuer ist, ist es schwie rig, dieses bei einem Konsumenten-Audiowiedergabegerät zu verwenden.

Wenn außerdem der reproduzierte Ton gemäß Übertragungsfunktionen korrigiert wird, neigen hohe Frequenzen im allgemeinen dazu, angehoben zu werden. Wenn die Ton lautstärke angehoben wird, wird daher der hohe Frequenzton überaus wahrnehmbar.

Außerdem ist das Passagierabteil ziemlich klein, wenn dieses als akustischer Raum gesehen wird, und daher beeinträchtigt dieses den reproduzierten Ton. Somit mangelt es dem reproduzierten Ton, der tatsächlich durch den Zuhörer gehört wird, an Ausdehnung und Tiefe.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die obigen Probleme zu lösen.

Damit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches umfaßt:
eine Tonbild-Positionskorrekturschaltung zum Umsetzen eines gelieferten digita len Linkskanal-Audiosignals XL(Z) und eines gelieferten digitalen Rechtskanal-Audiosignals (XR(Z)) in ein digitales Audiosignal YL(Z) bzw. ein digitales Audiosignal YR(Z) zur Aus gabe, ausgedrückt durch:

YL(Z).GLL(Z) + YR(Z).GLR(Z) = XL(Z).FLL(Z) + XR(Z).FLR(Z)

YR(Z).GLL(Z) + YL(Z).GLR(Z) = XR(Z).FLL(Z) + XL(Z).FLR(Z)

wobei
FLL(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion von einem ersten Linkskanal- Lautsprecher und einem ersten Rechtskanal-Lautsprecher, die vor einem Zuhörer in einem Passagierabteil angeordnet sind, zu einem linken Ohr bzw. einem rechten Ohr des Zuhörers ist;
FLR(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion vom ersten Linkskanal-Laut sprecher und dem ersten Rechtskanal-Lautsprecher zum rechten Ohr bzw. linken Ohr des Zu hörers ist;
GLL(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion von einem zweiten Linkskanal- Lautsprecher und einem zweiten Rechtskanal-Lautsprecher, die an der unteren Vorderseite des Zuhörers angeordnet sind, zum linken Ohr bzw. zum rechten Ohr des Zuhörers ist; und
GLR(Z) eine koptbezogene Übertragungsfunktion vom zweiten Linkskanal-Laut sprecher und dem zweiten Rechtskanal-Lautsprecher zum rechten Ohr bzw. zum linken Ohr des Zuhörers ist;
eine Reflexionston-Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen von Reflexionsto:n signalen durch Verzögern der Ausgangssignale YL(Z) bzw. YR(Z);
zwei paarweise angeordnete Addierschaltungen zum Addieren der Reflexionston signale zu den Ausgangssignalen YL(Z) bzw. YR(Z); und
eine D/A-Umsetzungsschaltung, die mit Ausgangssignalen der beiden paarweise angeordneten Addierschaltungen beliefert wird;
wobei, wenn gilt:

Hp(Z) = (FLL(Z) + FLR(Z))/(GLL(Z) + GLR(Z))

Hm(Z) = (FLL(Z)-FLR(Z))/(GLL(Z)-GLR(Z))

die Tonbild-Positionskorrekturschaltung umfaßt:
eine erste Addierschaltung und eine erste Subtraktionsschaltung, um die geliefer ten digitalen Audiosignale XL(Z) und XR(Z) einer Addition bzw. Subtraktion zu unterwerfen;
ein erstes Digitalfilter und ein zweites Digitalfilter, welches eine Übertragungs kennlinie Hp(Z) bzw. Hm(Z) aufweist, um mit Ausgangssignalen der ersten Additionsschal tung bzw. der ersten Subtraktionsschaltung beliefert zu werden;
eine zweite Additionsschaltung und eine zweite Subtraktionsschaltung, um Aus gangssignale des ersten Digitalfilters und des zweiten Digitalfilters einer Addition bzw. Sub traktion zu unterwerfen und um dadurch die Ausgangssignale YL(Z) bzw. YR(Z) zu erzeu gen; und
eine Pegelsteuerschaltung, die in Reihe mit dem zweiten Digitalfilter in einer Si gnalleitung zwischen der ersten Subtraktionsschaltung und der zweiten Additionsschaltung und der zweiten Subtraktionsschaltung geschaltet ist;
wobei die Pegelsteuerschaltung den Pegel eines Differenzsignals steuert, welches zur zweiten Additionsschaltung und zur zweiten Subtraktionsschaltung geliefert wird; und
die Analogsignale, die von der D/A-Umsetzungsschaltung ausgegeben werden, zum zweiten Linkskanal-Lautsprecher bzw. zum zweiten Rechtskanal-Lautsprecher geliefert werden.

Damit sind virtuelle Lautsprecher vor dem Zuhörer angeordnet, und die virtuellen Lautsprecher reproduzierten ein Tonfeld und ein Tonbild.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Systemdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Systemdiagramm, welches die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein Systemdiagramm, welches die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Systemdiagramm, welches die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5A und 5B sind Draufsichten, um bei der Erläuterung der vorliegenden Erfin dung zu helfen;

Fig. 6 ist ein Kennliniendiagramm, um bei der Erläuterung der vorliegenden Er findung zu helfen;

Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm, um bei der Erläuterung der vorliegenden Er findung zu helfen;

Fig. 8 ist ein Kennliniendiagramm, um bei der Erläuterung der vorliegenden Er findung zu helfen;

Fig. 9 ist ein Kennliniendiagramm, um bei der Erläuterung der vorliegenden Er findung zu helfen;

Fig. 10 ist ein Systemdiagramm, um eine andere Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zu zeigen;

Fig. 11 ist ein Systemdiagramm, welches die andere Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt; und

Fig. 12A und 12B sind Diagramme, um bei der Erläuterung eines Tonfeldes in ei nem Abteil zu helfen.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Übersicht über ein Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug

Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines Audiowiedergabegeräts für ein Kraftfahrzeug ge mäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere besitzt das Audiowiedergabegerät für das Kraftfahrzeug beispielsweise ein CD- oder MD-Wiedergabegerät 1 als eine Quelle von digi talen Audiodaten. Die digitalen Audiodaten, die vom Wiedergabegerät 1 ausgegeben werden, werden zu einer Eingangsauswahlschaltung 4 geliefert.

Das Audiowiedergabegerät für das Kraftfahrzeug besitzt außerdem beispielsweise einen FM-Tuner 2 als Quelle eines analogen Audiosignals. Das analoge Audiosignal, welches vom Tuner 2 ausgegeben wird, wird zu einer A/D-Umsetzungsschaltung 3 geliefert, wo es in digitale Audiodaten umgesetzt wird. Die digitalen Audiodaten werden zur Auswahlschaltung 4 geliefert.

Die Auswahlschaltung 4 wählt einen Satz von digitalen Audiodaten, die zu ihr ge liefert werden, aus, und liefert dann die ausgewählten digitalen Audiodaten zu einer digitalen Korrekturschaltung 5. Die digitale Korrekturschaltung 5, die später ausführlich beschrieben wird, wird beispielsweise durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) gebildet und führt fol gende Korrekturen beispielsweise durch:

- Lokalisieren eines Tonbildes, welches durch Lautsprecher an einer Idealposition reproduziert wird;
- Bereitstellen des reproduzierten Tons mit Ausdehnung und Tiefe; und
- Korrigieren der Frequenzkennlinien und dgl.

Die korrigierten digitalen Audiodaten werden zu einer D/A-Umsetzungsschaltung 6 geliefert, wo sie in ein analoges Audiosignal umgesetzt werden. Das Audiosignal wird über eine Dämpfungsschaltung 7, um das Tonvolumen (Tonlautstärke) einzustellen, und dann über einen Ausgangsverstärker 8 zu einem Linkskanal-Lautsprecher 9L und einem Rechtskanal- Lautsprecher 9R geliefert.

In diesem Fall sind die Lautsprecher 9L und 9R beispielsweise an einer Position (1) in Fig. 12A angeordnet (oder sie können an der Position (1) angeordnet sein). Wenn ins besondere die Lautsprecher 9L und 9R für einen Zuhörer an einem Vordersitz bestimmt sind, sind die Lautsprecher 9L und 9R an unteren Positionen der Vordertüren auf der linken bzw. der rechten Seite des Fahrzeugs angeordnet.

Das Audiowiedergabegerät für das Kraftfahrzeug besitzt außerdem einen Mikro computer 11 für die Systemsteuerung. Wenn Steuertasten (Steuerschalter) 12 betätigt werden, steuert der Mikrocomputer 11 das Wiedergabegerät 1, den Tuner 2, die Auswahlschaltung 4 oder die Dämpfungsschaltung 7 als Antwort auf die Tastenbetätigung, wodurch die Ton quelle, das Tonvolumen oder dgl. geändert wird.

Somit geben die Lautsprecher 9L und 9R einen Wiedergabeton einer CD, einer MD, einer Rundfunksendung oder dgl. aus. In diesem Fall, sogar wenn die Lautsprecher 9L und 9R an der Position (1) in Fig. 12A sind, wird ein Tonbild, welches durch den reprodu zierten Ton gebildet wird, an der Augenhöhe des Zuhörers lokalisiert, beispielsweise als Er gebnis einer Korrekturverarbeitung der digitalen Korrekturschaltung 5. Sogar in einem klei nen Passagierabteil liefert außerdem der reproduzierte Ton ein Gefühl einer größeren Aus dehnung und Tiefe. Außerdem wird die Frequenzkennlinie für Effekte speziell für das Passa gierabteil korrigiert.

Digitale Korrekturschaltung 5

Die digitale Korrekturschaltung 5 führt verschiedene Korrekturen wie oben er wähnt durch. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die digitale Korrekturschaltung 5 entsprechend durch eine Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51, eine Tonbild-Positionskorrektur schaltung 52 und eine Tiefenkorrekturschaltung 53 gebildet.

In diesem Fall dient die Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51 dazu, eine ge eignete Frequenzkennlinie für ein Audiosignal, welches schließlich zu den Lautsprechern 9L und 9R geliefert wird, durch Korrektur der Änderung der Frequenzkennlinie aufgrund der Bereitstellung der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 und der Unregelmäßigkeiten in der Frequenzkennlinie speziell für das Passagierabteil bereitzustellen. Die Tonbild-Positionskor rekturschaltung 52 korrigiert die Position eines Tonbilds und korrigiert außerdem die Tonaus dehnung. Die Tiefenkorrekturschaltung 53 korrigiert die Tontiefe durch ein reflektiertes Ton signal.

Die Korrekturschaltungen 51 bis 53 werden anschließend einzeln beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen, werden die Korrekturschaltungen der Reihe nach für die Korrekturschaltungen 52, 53 und 54 beschrieben.

Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52

Die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 korrigiert die digitalen Audiodaten, so daß ein Tonbild an der Augenhöhe des Zuhörers lokalisiert ist. Diese Korrektur wird unter Verwendung einer Übertragungsfunktion, die akustische Kennlinien in einem Bereich von einem Lautsprecher zum Trommelfell des Zuhörers in Betracht zieht, d. h., einer kopfbezoge nen Übertragungsfunktion (HRTF) realisiert.

Im allgemeinen kann die kopfbezogene Übertragungsfunktion wie folgt bestimmt werden:

a) Anordnen von Lautsprechern und eines Dummykopfes, der die Form eines menschlichen Kopfes hat, in einer vorgegebenen Positionsbeziehung zueinander
b) Liefern eines Impulssignals, welches auf einer Frequenzachse nach der Fourier-Transformation flach wird, zu den Lautsprechern als Testsignal. Übrigens kann das Testsignal ein Signal sein, welches eine Kennlinie einer Impulsfunktion hat, beispielsweise ein Zeitdehnungs-Impulssignal.
c) Messung des Impulsganges in einem künstlichen Ohr des Dummykopfes. Die ser Impulsgang ist die kopfbezogene Übertragungsfunktion in der Positionsbeziehung des Begriffs (a).

Wenn somit das in Fig. 1 und 2 gezeigte Gerät eine kopfbezogene Übertragungs funktion verwendet, gilt

A) wie in Fig. 12A gezeigt ist, ist ein Dummykopf DM, der eine Form des menschlichen Kopfs hat, am Vordersitz eines Standardfahrzeugs oder eines typischen Fahr zeugs angeordnet.
B) Lautsprecher sind an einer tatsächlichen Lautsprecherposition angeordnet, bei spielsweise der Position (1), und es wird in diesem Fall ein kopfbezogene Übertragungsfunk tion bestimmt.
C) Lautsprecher sind an einer Position angeordnet, wo ein ideales Tonfeld reali siert werden soll, beispielsweise einer Position (3) auf einem Armaturenbrett, und eine kopf bezogene Übertragungsfunktion wird in diesem Fall bestimmt.

Dann korrigiert die Tonbild-Positionsermittlungsschaltung 52 die digitalen Audio daten auf der Basis der kopfbezogenen Übertragungsfunktionen der Begriffe (B) und (C). Als Ergebnis dieser Datenkorrektur wird ein Tonbild, welches durch die Lautsprecher 9L und 9R gebildet wird, die auf der Position (1) der vorderen Sitztüren befestigt sind, so korrigiert, um an der Position eines Tonbilds zu sein, welches durch die Lautsprecher gebildet wird, die an der Idealposition (3) angeordnet sind, wie oben beschrieben wurde.

Zunächst sei angenommen, daß die kopfgezogenen Übertragungsfunktionen HRTF, die gemäß den Begriffen (A) bis (C) bestimmt und analysiert werden, wie folgt sind, wie auch in Fig. 5 gezeigt ist:
FLL(Z): HRTF vom linken Kanallautsprecher an der Position (3) zu einen linken Ohr
FLR(Z): HRTF vom linken Kanallautsprecher an der Position (3) zu einem rechten Ohr
FRL(Z): HRTF vom rechten Kanallautsprecher an der Position (3) zum linken Ohr
FRR(Z): HRTF vom rechten Kanallautsprecher an der Position (3) zum rechten Ohr
GLL(Z): HRTF vom linken Kanallautsprecher an der Position (1) zum linken Ohr
GLR(Z): HRTF vom linken Kanallautsprecher an der Position (1) zum rechten Ohr
GRL(Z): HRTF vom linken Kanallautsprecher an der Position (1) zum linken Ohr
GRR(Z): HRTF vom rechten Kanallautsprecher an der Position (1) zum rechten Ohr

In diesem Fall ist wie oben beschrieben die Position (3) die Position der Lautspre cher, welche ein ideales Tonfeld oder Tonbild realisieren, und die Position (1) ist die Position, wo Lautsprecher 9L oder 9R tatsächlich befestigt sind. Jede der kopfbezogenen Übertra gungsfunktionen wird durch eine komplexe Zahl ausgedrückt.

Nun sei angenommen:
XL(Z): ein Linkskanal-Eingangsaudiosignal (Audiosignal vor der Korrektur);
XR(Z): ein Rechtskanal-Eingangsaudiosignal (Audiosignal vor der Korrektur);
YL(Z): ein Linkskanal-Ausgangsaudiosignal (Audiosignal nach der Korrektur); und
YR(Z): ein Rechtskanal-Ausgangsaudiosignal (Audiosignal nach der Korrektur).

Um die Datenmenge, die durch die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 verar beitet wird, zu reduzieren, ist die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 unter der Annahme ausgebildet, daß die kopfbezogenen Übertragungsfunktionen "symmetrisch" sind, d. h., daß die folgenden Gleichungen gelten:

FLL(Z) = FRR(Z) (1)

FLR(Z) = FRL(Z) (2)

GLL(Z) = GRR(Z) (3)

GLR(Z) = GRL(Z) (4)

Es ist daher wünschenswert, den Dummykopf DM an der Mitte der Vordersitze im Abteil oder in der Mitte des Abteils anzuordnen, wenn die kopfbezogenen Übertragungsfunk tionen bestimmt werden. Dies reduziert eine Differenz bei der Korrektur zwischen den Sitzen und ermöglicht es, einen ähnlichen Korrektureffekt für jeden Sitz bereitzustellen.

Um eine Korrektur zu machen, um so ein Gefühl eines Hörtons von den Lautspre chern an der Position (3) bereitzustellen, unter der Annahme der Gleichungen (1) bis (4), ge nügt es, die folgenden Gleichungen (5) und (6) zu erfüllen:

YL(Z).GLL(Z) + YR(Z).GLR(Z) = XL(Z).FLL(Z) + XR(Z).FLR(Z) (5)

YR(Z).GLL(Z) + YL(Z).GLR(Z) = XR(Z).FLL(Z) + XL(Z).FLR(Z) (6)

In diesem Fall werden Hp(Z) und Hm(Z) wie folgt bestimmt:

Hp(Z) = (FLL(Z) + FLR(Z))/(GLL(Z) + GLR(Z)) (7)

Hm(Z) = (FLL(Z) - FLR(Z))/(GLL(Z) - GLR(Z)) (8)

Dann sind YL(Z) und YR(Z):

YL(Z) = Hp(Z).(XL(Z) + XR(Z))/2 + Hm(Z).(XL(Z)-XR(Z))/2 (9)

YR(Z) = Hp(Z).(XL(Z) + XR(Z))/2 - Hm(Z).(XL(Z)-XR(Z))/2 (10)

Es ist bekannt, daß eine Differenzkomponente eines Stereomusiksignals eine große Wirkung auf ein Gefühl von Ausdehnung und Stereo hat. Die zweiten Ausdrücke der Glei chungen (9) und (10) sind Differenzkomponenten eines Stereosignals. Somit ist es durch Steuern des Wertes der zweiten Ausdrücke möglich, ein Gefühl der räumlichen Breite zu steuern.

Wenn somit die zweiten Ausdrücke der Gleichungen (9) und (10) mit einem Koef fizienten k multipliziert werden, der als Parameter dient, um das Ausdehnungsgefühl zu steu ern, werden die Gleichungen (9) und (10) wie folgt ausgedrückt:

YL(Z) = Hp(Z) (XL(Z) + XR(Z))/2 + k.Hm(Z).(XL(Z) - XR(Z))/2 (11)

YR(Z) = Hp(Z).(XL(Z) + XR(Z))/2 - k.Hm(Z).(XL(Z) - XR(Z))/2 (12)

Wenn der Koeffizient k in den Gleichungen (11) und (12) ansteigt, werden die Differenzkomponenten der zweiten Ausdrücke angehoben, wodurch das Ausdehnungsgefühl in einem reproduzierten Tonfeld angehoben wird.

Gemäß den Gleichungen (11) und (12) kann die Tonbild-Positionskorrekturschal tung 52 durch Filter, die Kennlinien haben, die durch die Gleichungen (7) und (8) ausgedrückt werden, eine Pegelsteuerschaltung, Addierschaltungen und Subtrahierschaltungen gebildet sein.

Damit kann die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 in einer Weise gebildet sein, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Insbesondere sind die digitalen Audiodaten von der Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51, die später beschrieben wird, Eingangssignale XL(Z) und XR(Z) der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52, und die Ausgangssignale der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 sind Signale YL(Z) und YR(Z).

Die Eingangssignale XL(Z) und XR(Z) werden zu einer Addierschaltung 521A und einer Subtrahierschaltung 521B geliefert, um ein Summensignal (XL(Z) + XR(Z)) und ein Differenzsignal (XL(Z) - XR(Z)) zu bilden. Das Summensignal wird zu einer Filter schaltung 523A geliefert. Das Differenzsignal wird zu einer Pegelsteuerschaltung 522 gelie fert. Die Pegelsteuerschaltung 522 steuert den Pegel des Differenzsignals in einer Weise, da mit dieses dem Koeffizienten (k) in den Gleichungen (11) und (12) entspricht, und liefert dann das Ergebnis zu einer Filterschaltung 523B.

In diesem Fall sind die Filterschaltungen 523A und 523B beispielsweise FIR-Fil terschaltungen der Ordnung 70, und haben Übertragungskennlinien, die durch die Gleichun gen (7) und (8) ausgedrückt werden. Dann werden die Ausgangssignale der Filterschaltungen 523A und 523B zu einer Addierschaltung 524A und zu einer Subtrahierschaltung 524B in einem speziellen Verhältnis geliefert, um die Ausgangssignale YL(Z) und YR(Z) zu bilden. Die Signale YL(Z) und YR(Z) werden über die Tiefenkorrekturschaltung 53 zur D/A-Umset zungsschaltung 6 geliefert.

Wenn somit sogar die Lautsprecher 9L und 9R an der Position (1) der Vordersitze montiert sind, kann das gleiche Tonbild, als wenn die Lautsprecher 9L und 9R an der Idealpo sition (3) angeordnet sein würden, reproduziert werden.

(a) Steuern des Ausdehnungsgefühls

Da wie oben beschrieben die linke und rechte Kanaldifferenzkomponente eines Musiksignals eine große Wirkung auf das Gefühl von Ausdehnung und Stereo des reprodu zierten Tons haben, hat die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 in Fig. 2 die Pegelsteuer schaltung 522, um den Wert der Differenzkomponenten in einer Weise zu steuern, um dem Koeffizienten k zu entsprechen. Daher kann die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 das Gefühl einer räumlichen Ausdehnung des reproduzierten Tons steuern und auch anheben.

Wenn jedoch das Gefühl an Ausdehnung durch Anheben des Wertes der Differen tialkomponenten angehoben wird, klingt dies im allgemeinen so, als ob der Wert des Tonvo lumens vergrößert wird. Wenn daher die Pegelsteuerschaltung 522 der Tonbild-Positionskor rekturschaltung 52 in Fig. 2 den Wert der Differenzkomponenten steuert, korrigiert die Dämp fungsschaltung 7 zum Einstellen des Tonvolumens, die in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, den Pegel des analogen Audiosignals, um dadurch das Volumen des reproduzierten Tons zu korrigieren.

Somit kann das Wiedergabegerät von Fig. 1 die Position eines Tonbildes korrigie ren, so daß das Tonbild auf Augenhöhe ist, und außerdem eine ausreichende Tonausdehnung liefern oder sogar das Gefühl der Tonausdehnung anheben.

Vereinfachung der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52

Fig. 6 zeigt ein Meßbeispiel eines Impulsganges. Die Figur zeigt ein Meßergebnis des Impulsganges von dem Lautsprecher, der an der Türposition (1) auf der linken Seite der Vordersitze des Fahrzeugs angeordnet ist, zum linken Ohr des Dummykopfs DM, welcher an der Mitte der Vordersitze angeordnet ist.

Wie aus dem Meßergebnis deutlich wird, hat der Impulsgang große Spitzen und Senken. Wenn die Spitzen und Senken unverändert an die Tonbild-Positionskorrekturschal tung 52 angelegt werden, wird die Ordnung der Filterschaltungen 523A und 523B vergrößert, wodurch eine großvolumige Verarbeitung erforderlich ist.

Somit wird ein Verfahren zum Vereinfachen der Tonbild-Positionskorrektur schaltung durch Vereinfachen der Filterschaltungen 523A und 523B anschließend beschrie ben.

(a) Mittelwertbildung auf der Frequenzachse

Durch Mitteln der Amplitude auf der Frequenzachse des Meßergebnisses in Fig. 6 werden beispielsweise die steilen Spitzen und Tiefen abgeflacht, und die Tendenz des Im pulsganges insgesamt wird genutzt. Beispielsweise wird die Amplitude des Meßergebnisses in Fig. 6 gemittelt, um dadurch Kennlinien der Kurven A und B in Fig. 7 zu erhalten, und dann werden die Filterschaltungen 523A und 523B entsprechend den Kennlinien der Kurven A und B konfiguriert.

(b) Abflachen von Daten

Fig. 8 und 9 zeigen jeweils ein anderes Meßbeispiel des Impulsgangs. Fig. 8 zeigt ein Meßergebnis des Impulsgangs vom Lautsprecher, der an der Türposition (1) auf der linken Seite der Vordersitze des Fahrzeugs angeordnet ist, zum linken Ohr des Dummykopfs DM, der im linken Vordersitz angeordnet ist. Fig. 9 zeigt ein Meßergebnis des Impulsganges vom Lautsprecher, der an der Türposition (1) auf der linken Seite der Vordersitze des Fahrzeugs angeordnet ist, zum Linken Ohr des Dummykopfs DM, der am rechten Vordersitz angeordnet ist.

Wie aus den Meßergebnissen des Impulsganges und dem Meßergebnis des Im pulsgangs, das in Fig. 6 gezeigt ist, deutlich wird, tendieren allgemein Amplitudenkennlinien dazu, gemäß der Meßposition im Passagierabteil in einem Frequenzband, welches niedriger ist als 1 kHz, stark zu differieren. Der Grund liegt an einem umschlossenen Raum des Abteils und der Resonanzwirkung (stehende Welle) im Abteil. Daher bedeutet das Korrigieren einer Komponente in einem solch niedrigen Bereich das Einschränken von Hörpositionen. Um weiter eine Niedrigbereichskomponente zu korrigieren, muß die Ordnung der Filter ausrei chend vergrößert werden.

Somit wird die Korrektur nicht im Frequenzband durchgeführt, welches niedriger als 1 kHz ist. Wie insbesondere durch eine Gerade C in Fig. 7 gezeigt ist, wird die Frequenz gangamplitude bei weniger als 1 kHz auf ihren Durchschnittspegel abgeflacht. Die Filter schaltungen 523A und 523B sind dann gemäß den Kennlinien der Geraden C und der Kurve B konfiguriert.

(c) Phasenminimierung

Als Verfahren zum Reduzieren der Ordnung der Filter gibt es ein Verfahren, wel ches als Phasenminimierung bezeichnet wird.

Wenn die Gleichungen (7) und (8) berechnet werden, wird die Phasenminimierung für alle Berechnungen der Zähler und Nenner durchgeführt, und dann wird die Division durchgeführt. Damit wird die Ordnung der Filterschaltungen 523A und 523B reduziert.

Wenn die Phasenminimierung in bezug auf die Ergebnisse der Division der Glei chungen (7) und (8) mit den Zählern und den Nennern durchgeführt wird, kann die Ordnung der Filterschaltungen 523A und 523B weiter reduziert werden.

Gemäß den Versuchen jedoch ist ein Korrekturergebnis eines Tonbildes besser, wenn die Phasenminimierung für jede Berechnung der Zähler und Nenner durchgeführt wird und dann die Dividierung durchgeführt wird, als wenn die Phasenminimierung in bezug auf die Ergebnisse der Teilung mit den Zählern und den Nennern durchgeführt wird.

Die obigen Begriffe (a) bis (c) ermöglichen es, die Ordnung der Filterschaltungen 523A und 523B zu reduzieren und die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 zu vereinfa chen.

Tiefenkorrekturschaltung 53

Im allgemeinen ist es durch Simulation eines Tons, der von einer Wand, einer Decke oder dgl. eines Raums oder von einer Halle reflektiert wird, möglich, eine Tiefe dem reproduzierten Ton hinzuzufügen. Die Tiefenkorrekturschaltung 53 fügt eine Tiefe dem re produzierten Ton durch Hinzufügen eines Signals eines reflektierten Tons einem Signal eines Direkttons (Ursprungssignal) hinzu. Die Tiefenkorrekturschaltung 53 ist in einer Weise gebil det, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Ausgangssignale (digitale Audiodaten) YL(Z) und YR(Z) der Tonbild-Positi onskorrekturschaltung 52 entsprechen dem Direktton, und die Signale YL(Z) und YR(Z) wer den über die Addierschaltungen 531L und 531R zur D/A-Umsetzungsschaltung 6 geliefert. Die Signale YL(Z) und YR(Z) werden außerdem zu Verarbeitungsschaltungen 532L und 532R bis 537L und 537R geliefert, was später beschreiben wird, um Signale eines speziellen reflektierten Tons zu bilden. Die Signale des reflektierten Tons werden zu den Addierschal tungen 531L und 531R geliefert.

Damit fügen die Addierschaltungen 531L und 531R die Signale des reflektierten Tons den Signalen des Direkttons hinzu und liefern dann die resultierenden Ausgangssignale zur D/A-Umsetzungsschaltung 6. Die Addierschaltungen 531L und 531R addieren dadurch den reflektierten Ton zum Direktton. Daher ist es möglich, einen reproduzierten Ton mit einer größeren Tiefe zu erhalten.

(a) Entstelltes Gesangstonbild

Wie oben beschrieben ist es durch Hinzufügen des reflektierten Tons zum Direkt ton möglich, eine Tiefe dem reproduzierten Ton hinzuzufügen. Außerdem hat das Hinzufügen zum Direktton eines lediglich verzögerten Tons als reflektierten Ton einen geringeren Effekt bezüglich eines Tiefengefühls und ein entstelltes Tonbild eines Gesangs zur Folge.

Somit bildet die Korrekturschaltung von Fig. 3 ein Signal eines reflektierten Tons wie folgt. Die Ausgangssignale YL(Z) und YR(Z) der Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 werden zu den Banddämpfungsfiltern 532L und 532R geliefert. Die Filter 532L und 532R begrenzen eine Gesangskomponente in einem Musiksignal, wodurch das Entstellen eines Tonbildes eines Gesangs vermieden wird, wenn das Signal eines reflektierten Tons dem Si gnal des Direkttons hinzugefügt wird.

Damit sind die Filter 532L und 532R beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerwerte sind Optimalwerte):
Mittenfrequenzen: 500 Hz bis 3 kHz (800 Hz)
Dämpfungshöhe bei Mittenfrequenzen: 6 dB bis 30 dB (19 dB)
Q bei den Mittenfrequenzen: 1,0 bis 3,0 (2,0)

(b) Pegelkompensation des reflektierten Tonsignals

Die Filter 532L und 532R reduzieren die Energie, die ein Signal aufweist. Daher werden Ausgangssignale der Filter 532L und 532R zu Addierschaltungen 533L und 533R geliefert, und auch das Differenzsignal (XL(Z) - XR(Z)), welches von der Subtrahierschal tung 521B der Tonbild-Positionskorxekturschaltung 52 ausgegeben wird, wird zu den Addier schaltungen 533L und 533R geliefert. Dann wird ein Dämpfungskompensationssignal von den Addierschaltungen 533L und 533R extrahiert.

Übrigens ist in diesem Fall das Differenzsignal, welches von der Subtrahierschal tung 521B zu den Addierschaltungen 533L und 533R geliefert wird, beispielsweise auf einem Pegel, der 6 dB niedriger ist als der der Signale, die von den Filterschaltungen 532L und 532R zu den Addierschaltungen 533L und 533R geliefert werden.

(c) Trübheit (besser Dämpfung!) des Baßtons

Wenn eine Niedrigfrequenzkomponente im reflektierten Ton enthalten ist, wird der Niedrigfrequenzton gedämpft, was vom Standpunkt des Hörgefühls nicht wünschenswert ist. Daher werden Ausgangssignale der Addierschaltungen 533L und 533R zu Hochpaßfiltern 534L und 534R geliefert, um die Niedrigfrequenzkomponente zu beseitigen, die vom Stand punkt des Hörsinnes unerwünscht ist. Die Filter 534L und 534R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerwerte sind Optimalwerte):
Grenzfrequenz: 50 Hz bis 400 Hz (200 Hz)
Q bei den Mittenfrequenzen: 0,7071 (0,7071)

(d) Verbesserung der Tiefe

Gemäß Versuchen sind das Ändern der Qualität des reflektierten Tons und das Hinzufügen eines Tons, der an einer anderen Position als reflektierter Ton lokalisiert wird, bei der Verbesserung der Tiefe effektiv.

Folglich werden Ausgangssignale der Filter 534L und 534R zu Hochverstärkungs filtern 535L und 535R geliefert, so daß die Qualität des reflektierten Tons geändert wird. Die Filter 535L und 535R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften:
Übergangsfrequenz: 800 Hz bis 2 kHz
Höhe der Verstärkung bei Hochfrequenzen: 3 dB bis 8 dB

(e) Hochfrequenzkorrektur

Die Filter 535L und 535R neigen dazu, Hochfrequenzen mehr als notwendig an zuheben. Somit werden Ausgangssignale der Filter 535L und 535R zu Tiefpaßfiltern 536L und 536R geliefert, so daß die Hochfrequenzen unterdrückt werden. Die Filter 536L und 536R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Grenzfrequenz: 2 kHz bis 10 kHz (3 kHz)
Q bei Mittenfrequenzen: 0,7071 (0,7071)

(f) Simulation des reflektierten Tons

Ein Signal des reflektierten Tons, welches ein Ziel der Tiefenkorrekturschaltung 53 ist, kann durch Verzögern von Ausgangssignalen der Filter 536L und 536R erhalten wer den. Somit werden die Ausgangssignale der Filter 536L und 536R zu den Reflexionstonsi gnal-Erzeugungsschaltungen 537L und 537R geliefert. Im Fall von Fig. 3 umfaßt jede Erzeu gungsschaltung 537L und 537R: eine Verzögerungsschaltung 5371, die drei Anzapfungen hat; Koeffizientenschaltungen 5372 bis 5374, zu denen die Anzapfungsausgangssignale der Verzögerungsschaltung 5371 geliefert werden; und eine Addierschaltung 5375, um die Aus gangssignale der Koeffizientenschaltungen miteinander zu addieren.

Wenn in diesem Fall man annimmt, daß eine Abtastperiode r der digitalen Audio daten gleich r = 1/44,1 kHz ist, hat die Erzeugungsschaltung 537L beispielsweise die folgen den Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Verzögerungszeit an der ersten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 840 τ (552 τ)
Verzögerungszeit an der zweiten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 2800 τ (1840 τ)
Verzögerungszeit an der dritten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 3500 τ (2300 τ)
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5372: -18 dB
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5373: -14 dB
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5374: -14 dB

Die Erzeugungsschaltung 537R hat beispielsweise die folgenden Eigenschaften (Klammerwerte sind Optimalwerte):
Verzögerungszeit bei der ersten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 770 τ (506 τ)
Verzögerungszeit bei der zweiten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 2800 τ (1840 τ)
Verzögerungszeit bei der dritten Anzapfung der Verzögerungsschaltung 5371: 3360 τ (2208 τ)
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5372: -18 dB
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5373: -14 dB
Koeffizient (Gewinn) der Koeffizientenschaltung 5374: -14 dB.

Diese Addierschaltungen 5375 und 5375 geben jeweils ein Signal eines reflektier ten Tons mit geeignet korrigierten Frequenzkennlinien aus. Dann werden die Signale des re flektierten Tons, die von den Addierschaltungen 5375 und 5375 ausgegeben werden, zu den Addierschaltungen 531L und 531R geliefert, wie oben beschrieben wurde, um sie dadurch zu den Signalen YL(Z) und YR(Z) des Direkttons zu addieren.

Übrigens sind in dem Fall die Signale des reflektierten Tons, die zu den Addier schaltungen 531L und 531R geliefert werden, beispielsweise auf einem Pegel, der 6 dB nied riger ist als der der Signale YL(Z) und YR(Z) des Direkttons. Auch in diesem Fall kann, wenn der Pegel der reflektierten Tonsignale und die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltungen 5371 und 5371 variabel gemacht werden, die Tontiefe geändert werden.

Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51

Die Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51 ist in einer Weise ausgebildet, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist. Die Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung 51 führt ver schiedene Frequenzkennlinien-Korrekturen durch, wie anschließend beschrieben wird, um dadurch ein genaueres Tonbild oder ein genaueres reproduziertes Tonfeld zu realisieren.

(a) Korrektur der Niederfrequenzkomponente

Die Korrektur der Position eines Tonbildes wie oben beschrieben neigt allgemein dazu, einen Anstieg des Hochfrequenzpegels zur Folge zu haben. Somit werden Ausgangssi gnale des Auswahlorgans 4 in der Korrekturschaltung 51 von Fig. 4 zu Bandverstärkungsfil tern 511L und 511R geliefert, um die Niedrigfrequenzen zu verstärken. Der Frequenzaus gleich des Ausgangstons wird somit korrigiert.

Wie Filter 511L und 511R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Mittenfrequenzen: 20 Hz bis 120 Hz (62 Hz)
Höhe der Verstärkung bei Mittenfrequenzen: 2 dB bis 18 dB (6,0 dB)
Q bei Mittenfrequenzen: 1,0 bis 3,0 (1,2)

(b) Reduzieren des Resonanzeffektes (stehende Welle) im Abteil

Die Innenseite des Passagierabteils ist ein umschlossener Raum mit einer komple xen Form. Der umschlossene Raum verursacht ein "Intra-Abteil-Resonanz-Phänomen" in welchem eine stehende Welle als Ergebnis der Resonanz mit dem Ton gebildet wird, der von Lautsprechern ausgegeben wird.

Gemäß Studien ist der Effekt des Intra-Abteil-Resoanz-Phänomens im allgemei nen am meisten in einem Frequenzband bemerkbar, das unterhalb von 800 Hz liegt. Dies hat einen gedämpften Ton zur Folge. Wenn folglich der Ausgangspegel des Tons in einem Fre quenzband von 100 Hz bis 800 Hz abgesenkt wird, kann der gedämpfte Ton reduziert werden, ohne die empfangene Qualität eines Musiksignals stark zu beeinträchtigen.

Somit werden die Ausgangssignale der Filter 511L und 511R in der Frequenz kennlinien-Korrekturschaltung 51 zu den Banddämpfungsfiltern 512L und 512R geliefert, um die Resonanz im Abteil zu reduzieren.

Die Filter 512L und 512R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 2 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Mittenfrequenzen: 150 Hz bis 600 Hz (300 Hz)
Höhe der Dämpfung bei Mittenfrequenzen: 3 dB bis 6 dB (3 dB)
Q bei Mittenfrequenzen: 2,0 bis 4,0 (3,0)

(c) Effekteinstellung, die mit der Tonvolumeneinstellung verknüpft ist

Wie oben beschrieben neigt die obige Korrektur der Position eines Tonbildes all gemein dazu, einen Anstieg des Hochfrequenzpegels zur Folge zu haben. Als Folge wird, wenn das Tonvolumen vergrößert wird, der Hochfrequenzton übermäßig wahrnehmbar.

Somit werden die Ausgangssignale der Filter 512L und 512R zu variablen Hoch frequenz-Dämpfungsfiltern 513L und 513R (Shelving-Filter) geliefert. Die Filter 513L und 513R werden außerdem mit einem Signal, um die Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen zu steuern, vom Mikrocomputer 11 beliefert.

Die Filter 513L und 513R sind beispielsweise IIR-Filter der Ordnung 1 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Übergangsfrequenz: 1 kHz bis 3 kHz (2,5 kHz)
Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen: 0 dB bis 12 dB

Wenn eine Tonvolumen-Einstelltaste der Tasten 12 betätigt wird, steuert der Mi krocomputer 11 die Höhe der Dämpfung in der Dämpfungsschaltung 7, um dadurch das Vo lumen des reproduzierten Tons einzustellen. Der Mikrocomputer 11 steuert gleichzeitig die Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen in den Filtern 513L und 513R so daß gilt: um so größer das Tonvolumen ist, um so größer ist die Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen in den Filtern 513L und 513R.

Daher wird der Hochfrequenzton bei einem hohen Volumenpegel unterdrückt. Es ist somit möglich, eine geeignete Reproduktion bei irgendeinem Volumenpegel durchzufüh ren und außerdem schnell die Steuerung der Reproduktion zu bewirken.

(d) Fall, wo Hochfrequenzlautsprecher im Fahrzeug montiert sind

Einige Fahrzeugarten haben Hochfrequenzlautsprecher, die rund um die Position (3) in Fig. 12A angeordnet sind. Wenn die obige Korrektur der Tonbildposition durchgeführt wird, wird das Tonbild so korrigiert, daß es an der Position (3) ist. Daher hat das Bereitstellen solcher Hochfrequenzlautsprecher keine separaten Tonbilder zur Folge.

Wenn die Hochfrequenzlautsprecher rund um die Position (3) angeordnet sind, er reicht jedoch ein Hochfrequenzton den Zuhörer, als wenn Lautsprecher lediglich an der Posi tion (1) angeordnet sind, wodurch der Hochfrequenzton angehoben wird.

Somit werden Ausgangssignale der Filter 513L und 513R zu Hochfrequenz- Dämpfungsfiltern (Shelving-Filter) 514L und 514R geliefert, um den Hochfrequenzton zu dämpfen. Ausgangssignale der Filter 514L und 514R werden als Ausgangssignale der Fre quenzkennlinien-Korrekturschaltung 51 geliefert.

Somit sind beispielsweise die Filter 514L und 514R IIR-Filter der Ordnung 1 und haben die folgenden Eigenschaften (Klammerausdrücke sind Optimalwerte):
Übergangsfrequenz: 3 kHz bis 8 kHz (1 kHz)
Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen: 0 dB bis 12 dB, durch den Benutzer veränderbar

Wenn übrigens die Hochfrequenzlautsprecher nicht angeordnet sind (um die Posi tion (3), kann die Höhe der Dämpfung bei hohen Frequenzen in Filtern 514L und 514R auf 0 dB eingestellt sein.

Zusammenfassung

Wie oben beschrieben hat das Kraftfahrzeug-Audiowiedergabegerät, welches in Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, virtuelle Lautsprecher, die an einer Position angeordnet sind, wo reale Lautsprecher nicht befestigt werden können, wodurch es möglich ist, ein Hörgefühl des re produzierten Tons, der von den virtuellen Lautsprechern ausgegeben wird, bereitzustellen. Es ist daher möglich, ein ideales Tonfeld und ein ideales Tonbild im Abteil zu bilden.

Damit ist es möglich, eine Lokalisierung des Tonbildes an einer niedrigeren Posi tion zu verhindern und somit das Tonbild an einer idealen Augenhöhe zu lokalisieren. Es ist außerdem möglich, ein Problem zu lösen, welches verursacht wird, wenn kleine Lautsprecher zum Reproduzieren von Hochfrequenzen an einer oberen Position angeordnet sind, d. h., ein Problem, separate Tonbilder zu hören, und es ist dadurch möglich, ein Gefühl eines Hörtons bereitzustellen, welcher von einem einzigen Lautsprecher ausgegeben wird.

Außerdem kann die räumliche Ausdehnung des Tonfeldes durch Steuern des Ni veaus der Differenzkomponente korrigiert werden. Es ist außerdem möglich, eine optimale Korrektur gemäß dem Tonvolumenpegel durchzuführen. Außerdem ist die Tiefenkorrektur schaltung 53 vorgesehen, um einen reflektierten Ton im reproduzierten Ton mit zu umfassen. Daher ist es möglich, einen reproduzierten Ton mit einer größeren Tiefe zu erzielen.

Weiter kann die Tonbild-Positionskorrekturschaltung 52 vereinfacht werden, und somit kann ein DSP, der begrenzte Verarbeitungsfähigkeiten hat, das erwartete Ziel erreichen. Außerdem kann eine optimale Korrektur für einen Fahrzeugtypus, der eine beliebige Form hat, lediglich durch Festlegen der Übertragungsfunktion durchgeführt werden.

Außerdem kann eine effektive Korrekturfilterschaltung für mehrere Fahrzeugtypen durch Mittelwertbildung von mehreren Übertragungsfunktionen erzeugt werden. Damit kann die Korrekturfilterschaltung breit für jeglichen Fahrzeugtypus eingesetzt werden.

Übersicht über das Audiowiedergabegerät 2 für ein Kraftfahrzeug

Idealerweise sollten im allgemeinen ein linker und ein rechter Lautsprecher zur Stereoreproduktion an symmetrischen Positionen in bezug auf den Zuhörer angeordnet sein, und ein Tonbild, welches durch die Lautsprecher reproduziert wird, sollte vor dem Zuhörer lokalisiert sein.

Wie jedoch mit Hilfe von Fig. 12A beschrieben wurde, sind die Lautsprecher des Audiowiedergabegeräts für ein Kraftfahrzeug häufig an der unteren Position (1) der Vordertü ren für die Vordersitze und an einer unteren Position (2) der hinteren Türen oder an einer Po sition (4) eines hinteren Bretts, wie in Fig. 12B gezeigt ist, für die hinteren Sitze angeordnet.

Damit erreicht ein reproduzierter Ton, der von dem Lautsprecher ausgegeben wird, der auf der rechten vorderen Seite angeordnet ist, zuerst beispielsweise einen Insassen im rechten vorderen Sitz, und dann erreicht der reproduzierte Ton, der von dem anderen Laut sprechern ausgegeben wird, den Insassen nach Verzögerungen. Dadurch hört der Insasse die reproduzierten Töne, die außer Phase miteinander sind, so daß eine genaue Tonlokalisierung nicht möglich ist.

Einige Audiowiedergabegeräte für Kraftfahrzeuge haben eine Funktion, die als "Sitzpositionsfunktion" bezeichnet wird, die ein reproduziertes Tonfeld gemäß der Sitzposi tion des Insassen (der Sitzposition) optimal reproduziert.

Fig. 10 zeigt einen Fall, wo die vorliegende Erfindung bei einem Audiowiederga begerät für ein Kraftfahrzeug angewandt wird, welches die Sitzpositionsfunktion hat. Die Verarbeitungseinrichtungen 1 bis 9L und 9R sind in der gleichen Weise wie bei dem Gerät von Fig. 1 ausgebildet, mit der Ausnahme für einen Teil einer digitalen Korrekturschaltung 5. Digitale Audiodaten eines linken und eines rechten Kanals für die hinteren Sitze werden von der digitalen Korrekturschaltung 5 extrahiert, was später ausführlich beschrieben wird.

Die Verzögerungszeit und die Frequenzkennlinie der digitalen Audiodaten werden gemäß der Sitzpositionsfunktion korrigiert. Die digitalen Audiodaten werden zur D/A-Umset zungsschaltung 6B geliefert, um ein analoges Audiosignal umgesetzt zu werden. Das Audio signal wird über eine Dämpfungsschaltung 7B, um das Tonvolumen einzustellen, und dann über einen Ausgangsverstärker 8B zum linken und rechten Kanallautsprecher 9LB und 9RB geliefert. In diesem Fall sind die Lautsprecher 9LB und 9RB an der Position (2) in Fig. 12A oder an der Position (4) in Fig. 12B beispielsweise angeordnet.

Somit ist ein Tonbild, welches durch Töne gebildet wird, die durch die Lautspre cher 9L, 9R, 9LB und 9RB reproduziert werden, beispielsweise an der Augenhöhe des Zuhö rers angeordnet, und die reproduzierten Töne liefern ein Gefühl einer größeren Ausdehnung und Länge. In diesem Fall können diese Effekte unabhängig von der Sitzposition des Zuhö rers erreicht werden.

Digitale Korrekturschaltung 5 (2)

Die digitale Korrekturschaltung 5 ist in einer Weise gebildet, wie beispielsweise in Fig. 11 gezeigt ist, um die Sitzpositionsfunktion zu realisieren. Insbesondere werden die di gitalen Audiodaten, die von einer Tiefenkorrekturschaltung 53 ausgegeben werden, zu einer D/A-Umsetzungsschaltung 6 über Verzögerungsschaltungen 54L und 54R geliefert, um in ein analoges Audiosignal umgesetzt zu werden.

Eine Niedrigfrequenzkomponente beeinträchtigt die Lokalisierung eines Tonbildes nicht allzusehr. Um jedoch die wahrgenommene Qualität des Niedrigfrequenztons zu verbes sern, werden digitale Audiodaten, die von den Filtern 511L und 511R ausgegeben werden, zu den variablen Frequenzdämpfungsfiltern (Shelving-Filter) 515LB und 515RB geliefert, um den Hochfrequenzton zu dämpfen.

Wenn in diesem Fall die Sitzposition so gewählt wird, daß diese die gleiche Posi tion in den vorderen Sitzen ist, d. h., entweder in den Vordersitzen, oder im rechten vorderen Sitz oder im linken vorderen Sitz, unterdrücken die Filter 515LB und 515RB eine Hochfre quenzkomponente des reproduzierten Tons, der von den hinteren Lautsprechern 9LB und 9RB ausgegeben wird, um dadurch zu verhindern, daß das Tonbild in einer hintere Richtung gezogen wird.

Somit sind die Filter 515LB und 515RB IIR-Filter beispielsweise der Ordnung 1 und haben die folgenden Eigenschaften:
Übergangsfrequenz: 3 kHz
Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen: durch den Mikrocomputer 11 gesteuert

Ausgangssignale der Filter 515LB und 515RB werden über Verzögerungsschal tungen 54LB und 54RB zu einer D/A-Umsetzungsschaltung 6B geliefert, wo sie in analoge Audiosignale umgesetzt werden.

Die Verzögerungsschaltungen 54L, 54R, 54LB und 54RB sind vorgesehen, um die Phasen der reproduzierten Töne, die von den Lautsprechern 9L, 9R, 9LB und 9RB ausge geben werden, gemäß der Sitzposition des Insassen einzustellen. Die Verzögerungsschaltun gen 54LB und 54RB sind so vorgesehen, daß die reproduzierten Töne, die von den vorderen Lautsprechern 9L und 9R ausgegeben werden, den Insassen in einem vorderen Sitz 10 ms bis 20 ms früher als die reproduzierten Töne erreichen, die von den hinteren Lautsprechern 9LB und 9RB ausgegeben werden. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltungen 54L bis 54RB wird durch den Mikrocomputer 11 gesteuert.

Mit einem solchen Aufbau antwortet, wenn eine vorher-festgelegte Taste der Steu ertasten 12 betätigt wird, um die Sitzposition des Insassen einzugeben, der Mikrocomputer 11 auf die Betätigung, um die Höhe der Dämpfung bei Hochfrequenzen in den Filtern 515LB und 515RB und die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltungen 54L bis 54RB zu steuern. Daher ermöglichen es die Verzögerungsschaltungen 54L bis 54RB, daß die reproduzierten Töne, die von den Lautsprechern 9L bis 9RB ausgegeben werden, miteinander in Phase sind, wenn sie den Insassen erreichen. Als Folge davon ist es möglich, das Tonbild genau zu lokali sieren.

Da außerdem die Filter 515LB und 515RB die Hochfrequenzkomponente der re produzierten Töne, die von den hinteren Lautsprechern 9LB und 9RB ausgegeben werden, dämpfen, wird die Position des Tonbilds, welches durch den Insassen in einem vorderen Sitz wahrgenommen wird, nicht in eine hintere Richtung gezogen. Dies trägt zu einer genauen Lokalisierung des Tonbilds bei.

Der Hörsinn des Menschen hat außerdem einen Prioritätseffekt (Haas-Effekt), d. h., eine Kennlinie, um einen Ton, der ungefähr 10 ms bis 20 ms früher ankommt, wahrzunehmen, um angehoben zu werden. Da die Verzögerungsschaltungen 54LB und 54RB bewirken, daß die reproduzierten Töne, die von den vorderen Lautsprechern 9L und 9R ausgegeben werden, den reproduzierten Tönen, die von den hinteren Lautsprechern 9LB und 9RB ausgegeben werden, um 10 ms bis 20 ms vorhergehen, werden die reproduzierten Töne, die von den vorde ren Lautsprechern 9L und 9R ausgegeben werden, angehoben. Daher ist es möglich, das Ton bild vorne zu lokalisieren, ohne das gesamte Tonvolumen zu vermindern.

Da außerdem die Niedrigfrequenzkomponente, welche die Lokalisierung des Ton bilds nicht sehr beeinträchtigt, von den Lautsprechern 9LB und 9RB ausgegeben wird, wird der gesamte Tondruckpegel nicht abgesenkt, oder die Stärke des Niederfrequenztons wird nicht reduziert. Da außerdem die hinteren Lautsprecher eines Kraftfahrzeug-Audiosystems allgemein einen größeren Durchmesser als die vorderen Lautsprecher haben, ist es möglich, einen vollen Gebrauch von der Leistung der Lautsprecher 9LB und 9RB für die Niedrigfre quenzausgabe zu nutzen.

Wegen des Prioritätseffekts werden außerdem die reproduzierten Töne, die von den vorderen Lautsprechern 9L und 9R ausgegeben werden, so wahrgenommen, als ob sie verstärkt sind. Daher, sogar wenn die Leistung des DSP oder dgl. eine Signalverarbeitung, beispielsweise eine graphische Anhebungsverarbeitung erlaubt, die lediglich in den Signal leitungen der Audiosignale gewählt wird, die zu den vorderen Lautsprechern 9L und 9R gelie fert werden, werden die Effekte der Verarbeitung im gesamten Abteil erzeugt.

Weiteres

In der obigen Beschreibung wurde die Sitzposition des Insassen mittels einer Steu ertaste 12 eingegeben. Die Sitzposition des Insassen kann jedoch auch durch einen Infrarot sender ermittelt werden, der im Abteil vorgesehen ist, oder einen Drucksensor, der in einem Sitz vorgesehen ist, so daß die Filter 515LB und 515RB und die Verzögerungsschaltungen 54L bis 54RB gemäß dem Ermittlungsausgangssignal durch den Mikrocomputer 11 gesteuert werden, um Eigenschaften entsprechend der Sitzposition zu haben.

Liste der Abkürzungen, die bei der Anmeldung verwendet wurden
A/D: Analog-Digital
CD: Compact Disc
D/A: Digital-Analog
DSP: Digitalsignalprozessor
FIR: zeitdiskretes System mit endlicher Impulsantwort
FM: Frequenzmodulation
HRTF: kopfbezogene Übertragungsfunktion
IIR: zeitdiskretes System mit unendlicher Impulsantwort
MD: MiniDisc
Q: Qualität

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Tonbild bei einer idealen Augenhöhe lokalisiert werden, sogar wenn die Befestigungsposition der Lautsprecher beschränkt ist. Au ßerdem ist es möglich, ein Gefühl einer größeren Ausdehnung und Tiefe bereitzustellen und das Gefühl der Ausdehnung und Tiefe gemäß dem Wunsch des Zuhörers einzustellen.

Außerdem kann die Korrekturfilterschaltung vereinfacht werden, und somit kann sogar ein DSP, der eine beschränkte Verarbeitungsfähigkeit hat, das erwartete Ziel erreichen. Außerdem kann eine optimale Korrektur für einen Fahrzeugtypus durchgeführt werden, der eine beliebige Form hat, wobei lediglich die Übertragungsfunktion festgelegt wird. Außerdem kann eine effektive Korrekturfilterschaltung für mehrere Fahrzeugarten durch Mitteln von mehreren Übertragungsfunktionen erstellt werden. Somit kann die Korrekturfilterschaltung weit verbreitet für jegliche Fahrzeugtypen verwendet werden.

Claims

1. Audiowiedergabegerät für ein Kraftfahrzeug, welches umfaßt:
eine Tonbild-Positionskorrekturschaltung (52) zum Umsetzen eines gelieferten di gitalen Linkskanal-Audiosignals XL(Z) und eines gelieferten digitalen Rechtskanal-Audiosi gnals (XR(Z)) in ein digitales Audiosignal YL(Z) bzw. ein digitales Audiosignal YR(Z) zur Ausgabe, ausgedrückt durch:
YL(Z).GLL(Z) + YR(Z).GLR(Z) = XL(Z).FLL(Z) + XR(Z).FLR(Z)
YR(Z).GLL(Z) + YL(Z).GLR(Z) = XR(Z).FLL(Z) + XL(Z).FLR(Z)
wobei
FLL(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion von einem ersten Linkskanal- Lautsprecher und einem ersten Rechtskanal-Lautsprecher, die vor einem Zuhörer in einem Passagierabteil angeordnet sind, zu einem linken Ohr bzw. einem rechten Ohr des Zuhörers ist;
FLR(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion vom ersten Linkskanal-Laut sprecher und dem ersten Rechtskanal-Lautsprecher zum rechten Ohr bzw. linken Ohr des Zu hörers ist;
GLL(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion von einem zweiten Linkskanal- Lautsprecher und einem zweiten Rechtskanal-Lautsprecher, die an der unteren Vorderseite des Zuhörers angeordnet sind, zum linken Ohr bzw. zum rechten Ohr des Zuhörers ist; und
GLR(Z) eine kopfbezogene Übertragungsfunktion vom zweiten Linkskanal-Laut sprecher und dem zweiten Rechtskanal-Lautsprecher zum rechten Ohr bzw. zum linken Ohr des Zuhörers ist;
eine Reflektionston-Signalerzeugungsschaltung (53) zum Erzeugen von Reflekti onstonsignalen durch Verzögern der Ausgangssignale YL(Z) bzw. YR(Z);
zwei paarweise angeordnete Addierschaltungen (531L, 531R) zum Addieren der Reflexionstonsignale zu den Ausgangssignalen YL(Z) bzw. YR(Z); und
eine D/A-Umsetzungsschaltung (6), die mit Ausgangssignalen der beiden paar weise angeordneten Addierschaltungen beliefert wird;
wobei, wenn gilt:
Hp(Z) = (FLL(Z) + FLR(Z))/(GLL(Z) + GLR(Z))
Hm(Z) = (FLL(Z) - FLR(Z))/(GLL(Z) - GLR(Z))
die Tonbild-Positionskorrekturschaltung umfaßt:
eine erste Addierschaltung (521A) und eine erste Subtraktionsschaltung (521B), um die gelieferten digitalen Audiosignale XL(Z) und XR(Z) einer Addition bzw. Subtraktion zu unterwerfen;
ein erstes Digitalfilter (523A) und ein zweites Digitalfilter (523B), welches eine Übertragungskennlinie Hp(Z) bzw. Hm(Z) aufweist, um mit Ausgangssignalen der ersten Additionsschaltung bzw. der ersten Subtraktionsschaltung beliefert zu werden;
eine zweite Additionsschaltung (524A) und eine zweite Subtraktionsschaltung (524B), um Ausgangssignale des ersten Digitalfilters und des zweiten Digitalfilters einer Ad dition bzw. Subtraktion zu unterwerfen und um dadurch die Ausgangssignale YL(Z) bzw. YR(Z) zu erzeugen; und
eine Pegelsteuerschaltung (522), die in Reihe mit dem zweiten Digitalfilter (523B) in einer Signalleitung zwischen der ersten Subtraktionsschaltung (521B) und der zweiten Ad ditionsschaltung (524A) und der zweiten Subtraktionsschaltung (524B) geschaltet ist;
wobei die Pegelsteuerschaltung den Pegel eines Differenzsignals steuert, welches zur zweiten Additionsschaltung (524A) und zur zweiten Subtraktionsschaltung (524B) gelie fert wird; und
die Analogsignale, die von der D/A-Umsetzungsschaltung ausgegeben werden, zum zweiten Linkskanal-Lautsprecher bzw. zum zweiten Rechtskanal-Lautsprecher geliefert werden.

2. Audiowiedergabegerät für Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Verzögerungszeit oder der Pegel der reflektierten Tonsignale, die zu den paarweise angeordneten Additionsschaltungen geliefert werden, gesteuert ist.

3. Audiowiedergabegerät für Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, welches außerdem eine Korrekturschaltung (53) umfaßt, um die Frequenzkennlinie der Ausgangssignale YL(Z) und YR(Z) zu korrigieren, die zu den reflektierten Tonsignalen werden.

4. Audiowiedergabegerät für Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Frequenzkennlinien-Korrekturschaltung in einem Stadium vorgesehen ist, welcher der Tonbild-Positionskorrekturschaltung (52) vorhergeht.

5. Audiowiedergabegerät für Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 bis 4, wobei zumindest die Tonbild-Positionskorrekturschaltung, die Reflexionston-Sig nalerzeugungsschaltung und die beiden paarweise angeordneten Additionsschaltungen durch einen DSP gebildet sind.