DE102006028024A1

DE102006028024A1 - Verfahren zur Multiplikation von Tonsignalen

Info

Publication number: DE102006028024A1
Application number: DE200610028024
Authority: DE
Inventors: Matthias Schreier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit welchem man mehrere Tonsignale vervielfacht, indem man eines oder jedes Tonsignal in der Tonhöhe (Melodie) eines oder aller anderen Tonsignale wiedergibt.

Description

Ziel der Erfindung
Die hier vorgestellte Erfindung stellt ein Verfahren dar, für welches Schutz durch ein Patent angestrebt wird. Es fällt in den Bereich der Audioelektronik und wird dazu verwendet, aus mindestens zwei Audiosignalen weitere ähnliche Audiosignale zu erzeugen. Ziel der Erfindung ist, den Eindruck einer Stimmenvervielfachung zu erreichen, so dass man zum Beispiel mit wenigen Gesangsstimmen den Effekt einen ganzen Chores erzeugen kann. Der Effekt ist aber nicht nur auf Gesang beschränkt, sondern genauso auf andere Instrumente anwendbar, ja sogar auf Mischungen verschiedener unterschiedlicher Audiosignale, wie zum Beispiel Gitarre, Orgel und Gesang. Im Folgenden wird aber immer von einer Anwendung auf Gesangsstimmen ausgegangen.
Stand der Technik
In der Tontechnik ist es immer wieder erwünscht, Tonsignale zu vervielfältigen, denn ein vervielfältigtes Signal klingt zum einen intensiver, zum anderen kann damit beispielsweise einer dünnen, mager klingenden Stimme einen viel voluminöseren Klang verleihen. Der Grund für diesen voluminöseren, intensiveren Klang liegt darin, dass zwei fast identische Signale gleichzeitig erklingen, und sie sich somit verstärken. Wichtig ist hierbei, dass die Signale nur fast identisch sein dürfen, da absolut identische Signale vom Gehirn als ein Signal wahrgenommen werden. Die Signale unterscheiden sich in Tonhöhe und Rhythmus, da es kein Sänger schafft, seine Stimme zweimal exakt gleich zu singen.
Um bei Audioproduktionen, sei es im Studio oder auf der Bühne, Stimmen zu vervielfältigen, gibt es seit langem verschiedenste Möglichkeiten, die im folgenden kurz erwähnt werden sollen:

• Verdoppelung: Eine Stimme wird mehrmals gesungen. Das ist bei einer Aufführung auf der Bühne ja leider nicht möglich. Im Tonstudio muss dazu der Sänger seine Stimme einfach öfters singen, wobei die Stimme auf unterschiedlichen Spuren der Tonbandmaschine aufgenommen werden. Beim Abmischen erklingen dann mehrere Versionen der gleichen Stimme. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie absolut authentisch wirkt – weil sie es ja auch ist. Dieser Effekt, der in der Tontechnik als „Wall Of Sound" bezeichnet wird, wird dem Produzent Phil Spector zugeschrieben. Der große Nachteil dieser Methode ist, dass sie, wie schon erwähnt, verständlicherweise nicht im Livebetrieb angewendet werden kann.
• Echo (Delay): Eine Stimme wird zeitlich versetzt ein- oder mehrmals wiedergegeben. Der Vorteil bei dieser Methode ist, dass sie leicht zu realisieren ist. Entsprechende Geräte (Bandecho, Analog-Delay, Digital-Delay) sind seit langem kostengünstig verfügbar. Der Nachteil ist, dass das Signal nicht wirklich gedoppelt klingt. Das Ohr/Gehirn erkennt recht leicht, dass es sich nur um eine reine Wiederholung des exakt gleichen Signals handelt.
• Chorus: Beim Chorus handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Echos. Die statische Verzögerungszeit des Echos wird mit Hilfe eines Niederfrequenzoszillators (LFO) moduliert, so dass zum einen die Verzögerung nicht immer gleich klingt, zum anderen entsteht durch die Modulation der Verzögerungszeit auch eine leichte Verstimmung der Signale. Dieser Effekt ist auch schon seit langem verfügbar kann aber auch kein zweites Singen wirklich ersetzen, da das erzeugte Signal dem ursprünglichem Signal immer noch zu ähnlich ist. Des weiteren ist die Modulation der Verzögerungszeit recht deutlich als „Schweben" oder „Drehen" zu hören.
• Harmonizer (Pitchshifter): Der Harmonizer kann ein Signal verstimmen ja sogar transponieren. Abgesehen von der Möglichkeit die erzeugte Tonhöhe auch mit einem Niederfrequenzgenerator (LFO) zu modulieren, ist die erzeugte Verstimmung immer auf ein bestimmtes Intervall festgesetzt. Die Qualität des erzeugten Signals wird auch heute noch durch immer besser werdende Verstimmungs-Algorithmen verbessert. Der entscheidende Nachteil bei diesem Verfahren ist aber dennoch, dass das Signal nicht wie zweimal gesungen klingt.
• Vocalist: Den nächsten Schritt stellen die Vocalisten dar, welche in der Lage sind aus einem Eingangsignal einen mehrstimmigen Akkord zu erzeugen. Welcher Akkord erzeugt werden sollte, wird entweder direkt am Gerät programmiert, oder über eine Midi-Schnittstelle mitgeteilt. Auf diese Weise ist es möglich aus einem monophonen Eingangsignal ein polyphones Ausgangssignal zu erzeugen.
• Auto-Tune (Pitchkorrect): Seit einigen Jahren gibt es nun Autotunegeräte. Wie der Name schon sagt, werden diese Geräte in erster Linie dazu verwendet, Tonsignale, die nicht die erwartete Tonhöhe aufweisen, auf die richtige Tonhöhe zu verschieben. Es wird laufend geprüft, welcher Ton liegt am Eingang an und dann entschieden, welchem Ton einer vorher festgelegten Tonleiter der Ton am Eingang am nächsten liegt. Die Differenz zwischen dem Ton am Eingang und des Tones der Tonleiter wird dann zur Verstimmung des Eingangssignals verwendet. Verwendet man jetzt sowohl Eingangs- als auch Ausgangssignale, so hat man zwei Signale, die annährend gleich, aber nicht identisch sind. Man missbraucht Auto-Tune zum Zweck der Stimmenverdoppelung.
• Voicedoubler: Noch ganz neu ist die Erfindung des Voicedoublers, welcher ein Eingangssignal so manipuliert, dass es klingt, als wäre es mehrmals gesungen. Nicht nur durch Verstimmen des Eingangssignals, sondern auch durch Transponieren (Oktavieren) und insbesondere durch Verändern des Ansingverhaltens von Tönen und der Klangfarbe (Tonhöhe der Formanten) der einzelnen Stimmen, wird der Eindruck einer Stimmenverdopplung erreicht.

Die Erfindung
Die hier vorgestellte Erfindung, für welche Patentschutz beantragt wird, geht nun noch einen Schritt weiter.
Im Folgenden wird von einer vierkanaligen Anwendung gesprochen. Tatsächlich kann das Verfahren für eine beliebige Anzahl von Tonsignalen angewendet werden. Es müssen aber mindestens zwei Tonsignale zur Verfügung stehen.
Der gedankliche Ansatz ist nun nicht der, dass bei einem beispielsweise vierstimmigen Chor nicht jeder Sänger seine Stimme zwei oder mehrmals singt, sondern jeder Sänger auch jede der drei anderen Singstimmen singt. Das bedeutet, dass für jedes Tonsignal geprüft wird, welcher Ton gerade erklingt. Jetzt wird für jedes Tonsignal die Tondifferenz zu den drei anderen Tonsignalen ermittelt, und das Eingangssignal in den drei anderen Tonhöhen wiedergegeben. Als Resultat erhält man vier Sänger, deren persönliche Stimme und deren persönlicher Ausdruck in drei weiteren, also insgesamt vier, Tonhöhen erklingen. So wird aus einem vierstimmigen Chor ein Chor mit sechzehn Sängern. Zur graphischen Veranschaulichung ist anschließendes Prinzip-Blockschaltbild zu betrachten. Natürlich kann man auch weitere Sänger erzeugen, indem man jeden Sänger auch noch in verschiedenen Oktavlagen der einzelnen Singstimmen singen lässt. Singt zum Beispiel der Sänger A den Kammerton A (440 Hz), so können Sänger B, C und D zusätzlich zur Frequenz 440, auch mit 220 und/oder 880 Hz (eine Oktave tiefer oder höher) wiedergegeben werden.
Erläuterung zum Prinzip-Blockschaltbild:
Gezeigt wird hier eine Anwendung des oben genannten Verfahrens in einem Gerät mit vier Ein- und zwei Ausgängen.
An den Eingängen „Input A" bis „Input D" werden die Signale, wenn nötig, verstärkt und dann jeweils einem Analog-Digital-Wandler (ADC) zugeführt. Auf diese Weise erhält man die digitalen Audiosignale SA, SB, SC und SD. Jedes dieser digitalen Audiosignale wird nun sowohl in ein Tonhöhenmessgerät (Pitchdetector) gespeist, welches jeweils ein Tonhöhensteuerungssignal PA, PB, PC und PD liefert, als auch in drei Transponiereinheiten (Transpose), welche in der Lage sind, digitale Audiosignale um einen bestimmten Wert zu transponieren. Um welchen Wert das Audiosignal verstimmt werden soll erfährt jede Transponiereinheit über zwei Steuereingänge, an welchem die Tonhöhensteuersignale PA, PB, PC oder PD anliegen. Der eine Steuereingang (ACT) erhält die Tonhöheninformation des Audiosignals, zu welchem die Transponiereinheit gehört. Hier bekommt die Transponiereinheit mitgeteilt, welcher Ton am Audioeingang anliegt (Ist-Tonhöhe). Der andere Steuereingang (DST) erhält die Tonhöheninformation eines der anderen Kanäle (Soll-Tonhöhe). Somit kann die Transponiereinheit das Intervall berechnen, um welches das Audiosignal transponiert werden soll. Die Audioausgänge der Transponiereinheiten können dann über einen Lautstärke und einen Panoramaregler beliebig miteinander gemischt werden. Das hieraus resultierende Stereosignal (Out-L und Out-R) wird dann über zwei Digital-Analog-Wandler wieder analogisiert und kann dann ausgegeben werden. Natürlich könnten auch digital Ein- und Ausgänge zur Verfügung gestellt werden.

Claims

auf das Verfahren zwei oder mehrere Tonsignale dadurch zu vervielfachen, indem man die Tonhöhe jedes Tonsignals im zeitlichen Verlauf ermittelt und zeitgleich jedes Tonsignal auf die Tonhöhe eines oder aller anderen Tonsignale transponiert.
auf das Verfahren zwei oder mehrere Tonsignale dadurch zu vervielfachen, indem man die Tonhöhe jedes Tonsignals im zeitichen Verlauf ermittelt, die Tonhöheninformation speichert und zu einem späteren Zeitpunkt eines oder alle Tonsignale auf die Tonhöhe eines oder aller anderen Tonsignale transponiert.
auf das Verfahren laut Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonhöhen der zu erzeugenden Tonsignale von den ermittelten Tonhöhen um ein bestimmtes Intervall verschoben werden können.
auf das Verfahren laut Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu transponierenden Tonsignale nicht den Tonsignalen entsprechen, welche bei der Ermittlung der Tonhöhen verwendet werden.
auf das Verfahren laut Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu transponierenden Tonsignale aus einem bereits vorher bestehenden Speicher abgerufen werden können.