DE102021205545A1

DE102021205545A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger oder zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals unter Verwendung einer Ähnlichkeitsanalyse

Info

Publication number: DE102021205545A1
Application number: DE102021205545.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus KAETEL
Original assignee: Kaetel Systems GmbH
Current assignee: Kaetel Systems GmbH
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN117643072A; WO2022253768A1; EP4349028A1; TW202249498A; US20240098448A1

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger, mit folgenden Merkmalen: einem Gegentaktsignalerzeuger (1010, 80) zum Erzeugen eines Gegentaktsignals (1011) aus einem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und einem zweiten Kanalsignal (1002, 308) eines Mehrkanalaudiosignals; einem steuerbaren Verstärker (1020) zum Verstärken oder Dämpfen des Gegentaktsignals (1011) mit einer einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung gemäß einem Einstellwert, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um das Ansteuersignal aus einem Ausgangssignal (1036, 72) des steuerbaren Verstärkers (1030) zu ermitteln; und einer Steuerung (1020) zum Bestimmen des Einstellwerts, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Elektroakustik und insbesondere auf Konzepte zum Erzeugen und Wiedergeben von Audiosignalen.
Typischerweise werden akustische Szenen unter Verwendung eines Satzes von Mikrophonen aufgenommen. Jedes Mikrophon gibt ein Mikrophonsignal aus. Für eine Audioszene eines Orchesters, beispielsweise, können 25 Mikrophone verwendet werden. Dann führt ein Toningenieur eine Mischung der 25 Mikrophon-Ausgangssignale in, beispielsweise, ein Standardformat durch, wie beispielsweise ein Stereoformat, ein 5.1-, ein 7.1-, ein 7.2-, oder ein anderes entsprechendes Format. Bei einem Stereoformat werden beispielsweise durch den Toningenieur oder einen automatischen Mischprozess zwei Stereokanäle erzeugt. Bei einem 5.1-Format resultiert das Mischen in fünf Kanälen und einem Subwoofer-Kanal. Analog hierzu wird beispielsweise in einem 7.2-Format eine Mischung in sieben Kanäle und zwei Subwoofer-Kanäle vorgenommen. Wenn die Audioszene in einer Wiedergabeumgebung „gerendert“ bzw. aufbereitet werden soll, wird ein Mischergebnis an elektrodynamische Lautsprecher angelegt. In einem Stereo-Wiedergabeszenario existieren zwei Lautsprecher, wobei der erste Lautsprecher den ersten Stereokanal empfängt, und der zweite Lautsprecher den zweiten Stereokanal empfängt. In einem 7.2-Wiedergabeformat existieren beispielsweise sieben Lautsprecher an vorbestimmten Positionen und darüber hinaus zwei Subwoofer, die relativ beliebig platziert werden können. Die sieben Kanäle werden an die entsprechenden Lautsprecher angelegt, und die zwei Subwoofer-Kanäle werden an die entsprechenden Subwoofer angelegt.
Die Verwendung einer einzigen Mikrophonanordnung bei der Erfassung von Audiosignalen und die Verwendung einer einzigen Lautsprecheranordnung bei der Wiedergabe der Audiosignale vernachlässigen typischerweise die wahre Natur der Schallquellen. Das europäische Patent EP 2692154 B1 beschreibt ein Set zum Erfassen und Wiedergeben einer Audioszene, bei dem nicht nur die Translation aufgenommen und wiedergegeben wird, sondern auch die Rotation und darüber hinaus auch die Vibration. Daher wird eine Tonszene nicht nur durch ein einziges Erfassungssignal oder ein einziges gemischtes Signal wiedergegeben, sondern durch zwei Erfassungssignale oder zwei gemischte Signale, die einerseits simultan aufgezeichnet werden, und die andererseits simultan wiedergegeben werden. Damit wird erreicht, dass unterschiedliche Emissionscharakteristika von der Audioszene im Vergleich zu einer Standard-Aufnahme aufgezeichnet werden und in einer Wiedergabeumgebung wiedergegeben werden.
Hierzu wird, wie es in dem europäischen Patent dargestellt ist, ein Satz von Mikrophonen zwischen der akustischen Szene und einem (gedachten) Zuhörerraum platziert, um das „konventionelle“ oder Translations-Signal zu erfassen, das sich durch eine hohe Gerichtetheit bzw. hohe Güte auszeichnet.
Darüber hinaus wird ein zweiter Satz von Mikrophonen oberhalb oder seitlich von der akustischen Szene platziert, um ein Signal mit niedriger Güte bzw. niedriger Gerichtetheit aufzuzeichnen, das die Rotation der Schallwellen im Gegensatz zur Translation abbilden soll.
Auf der Wiedergabeseite werden an den typischen Standardpositionen entsprechende Lautsprecher platziert, von denen jeder eine omnidirektionale Anordnung hat, um das Rotationssignal wiederzugeben, und eine direktionale Anordnung hat, um das „konventionelle“ translatorische Schallsignal wiederzugeben. Ferner existiert noch ein Subwoofer entweder an jeder der Standard-Positionen oder nur ein einziger Subwoofer an irgendeiner Stelle.
Das europäische Patent EP 2692144 B1 offenbart einen Lautsprecher zum Wiedergeben von, einerseits, dem translatorischen Audiosignal und, andererseits, dem rotatorischen Audiosignal. Der Lautsprecher hat also eine omnidirektional emittierende Anordnung einerseits und eine direktional emittierende Anordnung andererseits.
Das europäische Patent EP 2692151 B1 offenbart ein Elektretmikrophon, das zum Aufzeichnen des omnidirektionalen oder des direktionalen Signals eingesetzt werden kann.
Das europäische Patent EP 3061262 B1 offenbart einen Ohrhörer und ein Verfahren zum Herstellen eines Ohrhörers, der sowohl ein translatorisches Schallfeld als auch ein rotatorisches Schallfeld erzeugt.
Die zur Erteilung vorgesehene europäische Patentanmeldung EP 3061266 A0 offenbart einen Kopfhörer und ein Verfahren zum Erzeugen eines Kopfhörers, der ausgebildet ist, um unter Verwendung eines ersten Wandlers das „konventionelle“ translatorische Schallsignal zu erzeugen, und unter Verwendung eines zweiten senkrecht zum ersten Wandler angeordneten Wandlers das rotatorische Schallfeld zu erzeugen.
Die Aufzeichnung und Wiedergabe des rotatorischen Schallfelds zusätzlich zum translatorischen Schallfeld führt zu einer signifikant verbesserten und damit hochqualitativen Audiosignalwahrnehmung, die nahezu den Eindruck eines Live-Konzertes vermittelt, obgleich das Audiosignal durch Lautsprecher oder Kopf- bzw. Ohrhörer wiedergebeben wird.
Damit wird ein Schallerlebnis erreicht, das nahezu nicht unterscheidbar von der ursprünglichen Tonszene ist, bei der der Schall nicht durch Lautsprecher, sondern durch Musikinstrumente oder menschliche Stimmen emittiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass berücksichtigt wird, dass der Schall nicht nur translatorisch, sondern auch rotatorisch und gegebenenfalls auch vibratorisch emittiert wird und daher entsprechend aufgezeichnet und auch wiedergegeben werden soll.
Nachteilig an dem beschriebenen Konzept ist, dass die Aufzeichnung des zusätzlichen Signals, das die Rotation des Schallfelds wiedergibt, einen weiteren Aufwand darstellt. Darüber hinaus existieren viele Musikstücke, seien es Klassik-Stücke oder Pop-Stücke, bei denen nur das konventionelle translatorische Schallfeld aufgezeichnet worden ist. Diese Stücke sind typischerweise noch in ihrer Datenrate stark komprimiert, wie beispielsweise gemäß dem MP3-Standard oder dem MP4-Standard, was zu einer zusätzlichen Qualitätsverschlechterung beiträgt, die jedoch normalerweise nur für geübte Hörer hörbar ist. Andererseits existieren fast keine Audiostücke mehr, die nicht wenigstens im Stereo-Format aufgezeichnet sind, also mit einem linken Kanal und einem rechten Kanal. Die Entwicklung geht sogar eher in die Richtung, dass mehr Kanäle als ein linker und ein rechter Kanal erzeugt werden, dass also Surround-Aufzeichnungen mit zum Beispiel fünf Kanälen oder sogar Aufzeichnungen mit höheren Formaten erzeugt werden, was unter dem Stichwort MPEG-Surround oder Dolby Digital in der Technik bekannt ist.
Damit existieren sehr viele verschiedene Stücke, die wenigstens im Stereo-Format, also mit einem ersten Kanal für die linke Seite und einem zweiten Kanal für die rechte Seite aufgezeichnet sind. Es existieren sogar immer mehr Stücke, bei denen eine Aufzeichnung mit mehr als zwei Kanälen erfolgt ist, beispielsweise für ein Format mit mehreren Kanälen auf der linken Seite und mehreren Kanälen auf der rechten Seite und einem Kanal in der Mitte. Noch höher aufgestellte Formate verwenden mehr als fünf Kanäle in der Ebene und darüber hinaus noch Kanäle von oben oder Kanäle von schräg oben und gegebenenfalls auch, wenn möglich, Kanäle von unten.
Allerdings haben alle diese Formate gemeinsam, dass sie lediglich den konventionellen translatorischen Schall wiedergeben, indem die einzelnen Kanäle auf entsprechende Lautsprecher mit entsprechenden Wandlern gegeben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals oder zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger gemäß Patentanspruch 23, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals nach Patentanspruch 22, ein Verfahren zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals nach Patentanspruch 24, oder ein Computerprogramm nach Patentanspruch 25 gelöst.
Eine synthetische Erzeugung des Rotationssignals ist dann möglich ist, wenn ein Audiostück mit mehr als einem Kanal, also bereits mit zwei zum Beispiel Stereo-Kanälen oder noch mehr Kanälen existiert. Durch Berechnen einer zumindest näherungsweisen Differenz wird erfindungsgemäß zumindest eine Approximation an das Differenzsignal bzw. Rotationssignal erhalten, das dann verwendet werden kann, um einen omnidirektionalen bzw. einen Wandler mit geringerer Richtungswirkung anzusteuern, um dadurch aus einem eigentlich lediglich translatorisch aufgezeichneten Signal auch eine Rotationskomponente abzuleiten und im Schallfeld wiederzugeben. Das Gegentaktsignal oder Differenzsignal kann auch dazu verwendet werden, um zusammen mit dem Gleichtaktsignal zwei Wandler mit ähnlicher Richtungswirkung oder sogar zwei gleich aufgebaute Wandler anzusteuern, damit diese Wandler zusammen ein Schallfeld erzeugen, das mit sowohl rotatorischen als auch translatorischen Schallschnelle-Vektoren beschrieben werden kann.
Das näherungsweise Differenzsignal oder Gegentaktsignal wird durch ein Gegentaktsignal erzeugt, und zwar aus einem ersten Kanalsignal und einem zweiten Kanalsignal eines Mehrkanalaudiosignals. Ferner ist ein steuerbarer Verstärker zum Verstärken oder Dämpfen des Gegentaktsignals mit einer einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung gemäß einem Einstellwert vorgesehen, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen des Ansteuersignals ferner ausgebildet ist, um aus einem Ausgangssignal des steuerbaren Verstärkers das letztendliche Ansteuersignal für einen Schallerzeuger zu erzeugen.
Der Einstellwert für den steuerbaren Verstärker wird von einer Steuerung zum Bestimmen des Einstellwerts ermittelt, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt.
Je nach Ausführungsform führt die Steuerung eine direkte Analyse des Gegentaktsignals oder der Kanalsignale durch. Alternativ liest die Steuerung den Einstellwert aus Metadaten aus, die dem Mehrkanalaudiosignals zugeordnet sind.
Erfindungsgemäß wird daher basierend auf einer Ähnlichkeitsbetrachtung der beiden Kanalsignale, von denen das Gegentaktsignal abgeleitet wird, eine steuerbare Verstärkung des Gegentaktsignals vorgenommen. Damit wird vermieden, dass der Pegel des Gegentaktsignals zu stark schwankt. Sind die beiden Kanalsignale identisch, also gleichphasig, d. h. voll ähnlich, so wird das Differenzsignal sehr klein werden. Damit wird die Gegentaktsignalkomponente im letztendlichen Ausgangssignal für einen Lautsprecher in einem Kopfhörer oder in einem nicht an einen Kopfhörer gebundenen Lautsprechersystem schwach, was auch den damit zu erreichenden Effekt mindert. Daher wird bei einer großen Ähnlichkeit eine Verstärkung des Gegentaktsignals vorgenommen, um diesen Schwund aufgrund der Differenzbildung zur Erzeugung des Gegentaktsignals zu vermeiden bzw. diesem Schwund zumindest teilweise entgegenzuwirken. Andererseits findet dann, wenn das erste Kanalsignal und das zweite Kanalsignal immer unähnlicher werden, ein solcher Schwund immer weniger statt, so dass die Verstärkung des steuerbaren Verstärkers nach und nach zurückgenommen werden kann. Wenn die Signale immer unähnlicher werden und am Ende im Extremfall gegenphasig sind, also komplett unähnlich sind, wird ein Gegentaktsignal mit einem relativ hohen Pegel erhalten, weshalb die steuerbare Verstärkung des steuerbaren Verstärkers in eine steuerbare Dämpfung eingestellt wird, dahin gehend, dass der Pegel des Gegentaktsignals sogar gedämpft wird, um nicht zu stark im letztendlichen Audio-Bild, das von einem Kopfhörer, Ohrhörer oder Lautsprechersystem basierend auf einem oder mehreren Ansteuersignalen erzeugt wird, nicht zu stören.
Wenn die Steuerung in der Vorrichtung zum Erzeugen der Ansteuersignale ausgebildet ist, um den Einstellwert aus den Metadaten des Eingangssignals auszulesen, findet eine tatsächliche Analyse der Kanalsignale oder des Gegentaktsignals auf Signalerzeugerseite statt, also in einer Vorrichtung zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals, das in seinen Metadaten den Einstellwert erhält. Dies stelle eine „encodiererseitige“ Verarbeitung dar, wobei das „encodierte“ Signal den Einstellwert in seinen Metadaten hat.
Wird dagegen ein konventionelles Mehrkanalaudiosignal ohne Einstellwert in seinen Metadaten verarbeitet, um die Ansteuersignale zu erhalten, findet die Analyse der Kanalsignale oder des Gegentaktsignals, um den Einstellwert zu erhalten, in der Vorrichtung statt, weil keine entsprechenden Metadaten zur Verfügung stehen. Dies stellt eine „decodiererseitige“ Verarbeitung dar.
Bei gemischten Ausführungsformen stehen Metadaten, z. B. als Startwerte zur Verfügung, die dann durch eine zusätzlichen „decodiererseitige“ Verarbeitung noch verfeinert werden können, wenn die Funktionalitäten zur Verfügung stehen.
Generell kann die Steuerung unabhängig davon, ob sie in der Vorrichtung zum Erzeugen des erweiterten Mehrkanalaudiosignals angeordnet ist, oder in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals angeordnet ist, dieselben Funktionalitäten und Implementierungen umfassen. Beispielhaft werden diverse Implementierungen nachfolgend für die Steuerung in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals erläutert. Dieselben Implementierungen der Steuerung können ebenfalls in der Vorrichtung zum Erzeugen des erweiterten Mehrkanalaudiosignals eingesetzt werden.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Korrelationsberechnung zwischen dem ersten Audiosignal und dem zweiten Audiosignal vorgenommen und wird insbesondere vorzugsweise eine Korrelationsberechnung unter Verwendung einer normierten Kreuzkorrelationsfunktion durchgeführt, die einen maximalen Wertebereich zwischen -1 und +1 liefert, wobei bei negativen Werten eine Dämpfung vorgenommen wird und bei positiven Werten eine Verstärkung, wobei der Verlauf einer Abbildungskurve, um die typischerweise quantitativen Ähnlichkeitswerte auf Einstellwerte des steuerbaren Verstärkers abzubilden, monoton ist und je nach Implementierung auch sogar linear oder aber auch nicht-linear eingestellt werden kann. Die genaue Ausgestaltung ist insofern für eine entsprechende Implementierung unkritisch, weil sie durch eine ROM-Tabelle beispielsweise vorgegeben werden kann, die als Eingangsgröße einen Ähnlichkeitswert erhält, und die als Ausgangsgröße den Einstellwert liefert, der diesem Ähnlichkeitswert zugeordnet ist. Alternativen für eine ROM-Tabelle sind beispielweise tatsächliche funktionale Zusammenhänge, dahin gehend, dass die Steuerung den Ähnlichkeitswert ermittelt und daraus unter Verwendung eines vorgegebenen Algorithmus, z. B. mit einer geschlossenen Gleichung, den Einstellwert berechnet.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird keine Kreuzkorrelationsfunktionsberechnung durchgeführt, sondern eine Pegelbetrachtung des Gegentaktsignals selbst, wobei das Gegentaktsignal dann, wenn es einen geringen Pegel hat, verstärkt wird, da dies auf eine hohe Ähnlichkeit der Kanalsignale hinweist, während das Gegentaktsignal dann, wenn es einen hohen Pegel hat, gedämpft wird bzw. weniger verstärkt wird, da dies auf eine geringe Ähnlichkeit hinweist. Bei der Implementierung der Ähnlichkeitsberechnung basierend auf dem Pegel des Gegentaktsignals findet, im Gegensatz zur Berechnung unter Verwendung einer Korrelationsfunktion, keine automatische Normierung mit dem Pegel des ersten und des zweiten Kanalsignals des Multikanalaudiosignals statt. Eine solche Normierung wird jedoch bevorzugt, weil über eine externe Lautstärke-Einstellung, die über eine Benutzerschnittstelle von einem Benutzer vorgenommen werden kann, die Pegel aller Signale eingestellt werden können. Wird daher die Bestimmung des Einstellwerts basierend auf dem Gegentaktsignal vor der Lautstärke-Einstellung der Signale basierend auf der benutzerseitigen Lautstärkeregelung durchgeführt, so wird zur Verstärkereinstellung die aktuelle Lautstärke-Einstellung nicht benötigt. Wird dagegen die steuerbare Verstärkung des Gegentaktsignals im Signalflussverlauf vorgenommen, nachdem die Lautstärke-Einstellung unter Verwendung einer externen Lautstärke-Einstellung stattgefunden hat, so ist zur korrekten Verstärkereinstellung für den steuerbaren Verstärker zusätzlich zum Pegel des Gegentaktsignals auch die aktuelle vom Benutzer geforderte Lautstärke-Einstellung nötig, um immer den richtigen Verstärkungswert für den steuerbaren Verstärker zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist dahin gehend vorteilhaft, dass systemimmanente Pegelschwankungen, die bei der Berechnung des Gegentaktsignals auftreten können, ausgeglichen bzw. verringert werden, um einen gleichmäßigen Schall-Rotationseindruck zu erhalten, unabhängig davon, wie die spezielle Ähnlichkeit und insbesondere die Phasenlage der Audiokanalsignale, von denen das Gegentaktsignal abgeleitet worden ist, aktuell war.
Je nach Implementierung kann eine automatische dauernde Einstellung des steuerbaren Verstärkers bis zu einer Sample-genauen Steuerung erfolgen, also im Hinblick auf eine Steuerung pro Abtastwert. Es wird jedoch bevorzugt, um Artefakte zu vermeiden, eine Filterung und insbesondere eine Tiefpassfilterung von Einstellwerten vorzunehmen, um eine nicht so schnelle Verstärkungsänderung zu erreichen. Andererseits wird eine weitere zeitliche Mittelung dadurch erreicht, dass zur Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion, wenn diese eingesetzt wird, für die dort nötigen zeitlichen Integrationen bestimmte Integrationszeiten eingestellt werden, über deren Länge die „Schwerfälligkeit“ der Verstärkungsregelung eingestellt werden kann. Je nach Implementierung kann sogar ein Kreuzkorrelationswert bzw. Ähnlichkeitswert für ein gesamtes Audiostück bestimmt werden und dieser Ähnlichkeitswert wird dann über das gesamte Stück beibehalten. Sogar in einem solchen Fall wird eine gesamte integrale Ähnlichkeit der beiden Kanalsignale, aus denen das Gegentaktsignal bestimmt wird, berücksichtigt, so dass auch in einem solchen Fall eine signaladaptive, wenn auch zeitlich sehr langsame bzw. sogar für ein spezielles Signal festgelegte Verstärkungseinstellung erfolgt.
Das entsprechend verstärkte bzw. gedämpfte Gegentaktsignal kann in verschiedenen Implementierungen eingesetzt werden. Bei einer Implementierung, bei der für die Erzeugung des Rotations-Schallfelds und des translatorischen Schallfelds zwei verschiedene Lautsprecher bzw. Lautsprechersysteme vorhanden sind, kann das verstärkte Gegentaktsignal ohne bestimmte weitere Maßnahmen eingesetzt werden, um ein Lautsprechersystem für die Erzeugung des Rotations-Schallfelds zu treiben. Es wird jedoch bei einer solchen Implementierung bevorzugt, eine entsprechende Signalmanipulation vorzunehmen, um eine weitere Audiosignalqualitätsverbesserung zu erreichen. Genauso kann das Gleichtaktsignal, das verwendet wird, um das Gegentaktsignal zu bestimmen, also das erste Kanalsignal und das zweite Kanalsignal direkt an eigenes Lautsprechersystem zum Erzeugen des konventionellen translatorischen Schalls gegeben werden. Es wird jedoch bevorzugt, auch hier eine Signalmanipulation typischerweise im Sinne einer Bandbreitenerweiterung über den hörbaren Bereich hinaus vorzunehmen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das verstärkte Gegentaktsignal mit einem entsprechenden Gleichtaktsignal kombiniert werden, um ein entsprechendes Lautsprecherpaar, das in einem Kopfhörer oder Ohrhörer untergebracht sein kann, oder das in einem einzigen Lautsprechergehäuse untergebracht sein kann, zu treiben. Dann wird für jede Kopfhörerseite bzw. für jedes Lautsprechergehäuse, in dem mindestens zwei Schallwandler untergebracht sind, aus dem verstärkten Gegentaktsignal und dem zugeordneten Gleichtaktsignal eine Signalverarbeitung durchgeführt, um wenigstens zwei Signale für die beiden Schallwandler, die in einer Kopfhörer- oder Ohrhörer-Seite untergebracht sind, oder die in einem Lautsprechergehäuse untergebracht sind, zu erhalten. Eine Trennung der beiden Lautsprecher kann je nach Implementierung mechanisch, über einen Steg in einer Kopfhörer- bzw. Ohrhörer-Seite, oder durch einen Steg im Lautsprechergehäuse erreicht werden. Alternativ wird es jedoch bevorzugt, diese Trennung signalverarbeitungsmäßig vorzunehmen, indem zur Erzeugung der tatsächlichen Ansteuersignale für die beiden Schallwandler in jedem Zweig eine Filterbank eingesetzt wird, wobei die Filterbank in einem Zweig verzahnt bzw. „interlaced“ bezüglich der Filterbank im anderen Zweig ist, damit dort, wo die eine Filterbank Durchlassbereiche hat, die andere Filterbank Sperrbereiche hat.
Nachfolgend werden bevorzugte Maßnahmen dargelegt, die besonders dann gut einsetzbar sind, wenn Schallsignale für separate Lautsprechersysteme erzeugt werden, die zum einen den translatorischen Schall und zum anderen den rotatorischen Schall erzeugen.
Das näherungsweise Differenzsignal wird durch einen Signalmanipulator manipuliert, um das zweite Ansteuersignal für einen rotatorischen Wandler zu erhalten. Die Signalmanipulation findet insbesondere dadurch statt, dass das Kombinationssignal verzögert wird und/oder dass das Kombinationssignal frequenzselektiv verstärkt oder gedämpft wird, um einer nicht-linearen Wandlercharakteristik über der Frequenz des zweiten Wandlers, d. h. des rotatorischen Wandlers, zumindest teilweise entgegenzuwirken. Alternativ oder zusätzlich wird zur Verbesserung der Empfangsqualität eine Bandbreiten-Erweiterungsstufe vorgesehen, und zwar bevorzugt für das erste Ansteuersignal für den (normalen) translatorischen Wandler und je nach Implementierung auch für das dritte Ansteuersignal für den zweiten (konventionellen) translatorischen Wandler. Dagegen wird das vierte Ansteuersignal für den weiteren rotatorischen Wandler wieder vorzugsweise verzögert und/oder durch ein Linearisierungsfilter linearisiert, um den typischerweise stark nicht-linearen Frequenzgang des rotatorischen Wandlers zumindest teilweise zu kompensieren.
Im Gegensatz zu einer üblichen Bandbreiten-Erweiterung wird erfindungsgemäß nicht auf den hörbaren Bereich, der sich z. B. bis 20 kHz erstreckt, abgezielt, sondern auf den darüber liegenden nicht-hörbaren Bereich. Um eine realistische Schallwahrnehmung zu erreichen, wird Schallenergie in dem nicht-hörbaren Bereich über 20 kHz emittiert, wobei das Signal für die Schallenergie im nicht-hörbaren Bereich vom hörbaren Schallsignal durch Bandbreiten-Erweiterung entweder nicht-harmonischer Natur oder vorzugsweise harmonischer Natur abgeleitet worden ist. Ferner wird im Gegensatz zu einer üblichen Bandbreiten-Erweiterung dieses synthetisch erzeugte nicht-hörbare Spektrum verstärkt statt gedämpft, um wieder zu erreichen, dass die typischen konventionellen translatorischen Schallwandler im nicht-hörbaren Bereich noch genug Schallenergie emittieren, obgleich der Emissions-Wirkungsgrad zu Frequenzen über 30 bis 40 kHz typischerweise abnimmt. Es wird jedoch bevorzugt, Schallsignale bis zu 80 kHz zu emittieren.
Obgleich diese Schallsignale nicht unmittelbar hörbar sind, haben sie dennoch einen entscheidenden Effekt auf die Qualität des hörbaren Signals, da das Oberwellenspektrum bei diesen hohen Frequenzen dazu dient, die Luft gewissermaßen zu konditionieren, damit sich Schallsignale mit niedrigeren Frequenzen im Oberwellenspektrum durch die Luft besser ausbreiten können. Damit wird für bestimmte Schallsignale der „Dschungel“-Effekt erreicht, der sich dadurch äußert, dass bestimmte z. B. sehr eindringlich klingende Papageien beispielsweise über eine sehr weite Strecke hörbar sind, obgleich dies nach den normalen Ausbreitungsgesetzen, nach denen die Schallenergie im Quadrat des Abstands abnimmt, eigentlich nicht sein dürfte. Die besonders gute Ausbreitungseigenschaft von solchen natürlichen Signalen liegt daran, dass die Audiosignale einen besonders leistungskräftigen und zu sehr hohen Frequenzen reichenden Oberwellenanteil haben, welcher für die besagte Luft-Vorkonditionierung dient. Ähnlich ist es beispielsweise für bestimmte Schlag-Instrumente im Orchester, wie beispielsweise eine Triangel. Diese erzeugt zwar keinen besonders hohen Schalldruckpegel, ist jedoch besonders deutlich auch noch in beachtlicher Entfernung, z. B. auch in den hinteren Reihen eines Konzertsaals gut zu hören. Auch hier wird davon ausgegangen, dass diese besonders gute Hörbarkeit dadurch erreicht wird, dass durch einen besonders starken Oberwellengehalt die Luft, in der sich die hörbaren Schallwellen ausbreiten, vorkonditioniert wird, damit die eigentlich stattfindende Abnahme der Lautstärke proportional zum Quadrat des Abstands durch Energie aus den Oberwellen kompensiert wird, so dass bestimmte oberwellenreiche Signale besonders weit tragen und gleichzeitig trotz des großen Abstands zur Schallquelle deutlich hörbar sind.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Verzögerung vorgenommen, um das Rotationssignal gegenüber dem translatorischen Signal zu verzögern, um den Präzedenz-Effekt bzw. den Haas-Effekt zu nutzen. Die dafür nötige Verzögerung in der Größenordnung von 10 bis 40 ms erreicht, dass nach dem Prinzip der ersten Wellenfront die Lokalisation der Schallquelle durch eine Zuhörerin oder einen Zuhörer aufgrund des translatorischen Signals erfolgt, welches die Richtungsinformation in sich trägt. Gleichzeitig stört dann das rotatorische Signal nicht die Richtungswahrnehmung, führt jedoch gleichzeitig zu einem hochqualitativen und naturgetreuen Audiosignalerlebnis aufgrund der Anregung von rotierenden Schallschnelle-Vektoren im Schallfeld durch den entsprechenden zweiten bzw. vierten Wandler, welcher das zweite bzw. vierte Ansteuersignal wiedergibt. Aufgrund des Haas-Effekts meint die Zuhörerin oder der Zuhörer, dass die rotierenden Anteile des Schallfeldes von der Quelle stammen, deren translatorisches Schallfeld kurz vorher das Ohr der Hörerin oder des Hörers erreicht hat.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen findet in dem Linearisierungsfilter lediglich eine grobe Linearisierung des typischerweise stark nichtlinearen Frequenzgangs des Wandlers bzw. Wandlersystems für die Wiedergabe des rotatorischen Schallfelds statt. Eine nichtlineare Emissionscharakteristik bzw. ein nichtlinearer Frequenzgang zeichnet sich typischerweise durch Überhöhungen und Auslöschungen aus. Erfindungsgemäß ist das Linearisierungsfilter lediglich ausgebildet, um Überhöhungen zumindest teilweise oder vorzugsweise ganz zu reduzieren, jedoch die Auslöschungen nahezu unangetastet zu lassen, um durch Vermeidung einer sonst nötigen starken Verstärkung in den Auslöschungen potenziell störende Artefakte zu vermeiden. So hat sich herausgestellt, dass ein rotierendes Schallfeld in seiner Qualität nicht merkbar beeinflusst wird, wenn aufgrund noch vorhandener Auslöschungen durch potenziell auftretende Kammfiltereffekte in den Wandlern für den rotatorischen Schall in dem Anteil des Schallfelds, der rotierende Schallschnelle-Vektoren aufweist, bestimmte Töne fehlen. Dagegen wird durch die Dämpfung der Überhöhungen vermieden, dass der rotierende Anteil des Schallfelds als unnatürlich wahrgenommen wird. Um eine günstige Einstellung des Linearisierungsfilters zu erhalten, wird bei bestimmten Ausführungsbeispielen bevorzugt, die Wiedergabe- bzw. Frequenzgangcharakteristik des rotatorischen Wandlers messtechnisch aufzunehmen und dann das Linearisierungsfilter für das Ansteuersignal für diesen Wandler ausgehend von der durchgeführten Messung einzustellen. Es kann jedoch auch eine für bestimmte Wandlerklassen vorgegebene Prototyp-Linearisierungscharakteristik eingestellt werden, die auch dann, wenn der tatsächliche zweite bzw. vierte Wandler nicht voll auf die Prototyp-Charakteristik passt, immer noch brauchbare Ergebnisse liefert.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Ansteuersignals für den ersten Wandler und des zweiten Ansteuersignals für den zweiten Wandler auch Mittel, um ein Ansteuersignal für den dritten und den vierten Wandler zu erzeugen, um eine beispielsweise Stereo-Wiedergabe über Lautsprecher zu erreichen. Sollen mehr als zwei Kanäle wiedergegeben werden, so werden weitere Ansteuersignale erzeugt, und zwar z. B. für einen linken hinteren Lautsprecher, einen rechten hinteren Lautsprecher und einen Mitten-Lautsprecher. Dann wird an jeder Stelle des standardisierten Lautsprecher-Ausgabeformats sowohl ein Wandler für den translatorischen Schall als auch ein Wandler für den rotatorischen Schall vorgesehen sein, und das erfindungsgemäße synthetisch erzeugte Ansteuersignal für den rotatorischen Schall wird für jede einzelne Lautsprecherposition ermittelt oder von ein und demselben manipulierten Kombinationssignal abgeleitet, je nach Aufwand der entsprechenden Ausführungsform.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird eine Schnittstelle vorgesehen, die das erste elektrische Signal, wie beispielsweise einen linken Kanal und ein zweites elektrisches Signal wie beispielsweise für einen rechten Kanal empfängt. Diese Signale werden einem Signalprozessor zugeführt, um das erste elektrische Signal für den ersten Wandler und das zweite elektrische Signal für einen dritten Wandler wiederzugeben. Diese Wandler sind die konventionellen Wandler. Darüber hinaus ist der Signalprozessor ausgebildet, um die zumindest näherungsweise Differenz aus dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal zu berechnen und um aus dieser Differenz ein drittes elektrisches Signal für einen zweiten Wandler oder ein viertes elektrisches Signal für einen vierten Wandler zu ermitteln.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Signalprozessor ausgebildet, um das erste elektrische Signal für den ersten Wandler und das zweite elektrische Signal für den dritten Wandler auszugeben, und um eine erste zumindest näherungsweise Differenz aus dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal zu berechnen, und um eine zweite zumindest näherungsweise Differenz aus dem ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal zu berechnen, und um ein drittes elektrisches Signal für den zweiten Wandler basierend auf der ersten zumindest näherungsweisen Differenz und ein viertes elektrisches Signal für den vierten Wandler basierend auf der zweiten zumindest näherungsweisen Differenz auszugeben. Vorzugsweise ist die Differenz eine genaue Differenz, bei der das zweite Signal um 180° verändert wird und mit dem ersten Signal addiert wird. Wenn dieses Signal die erste zumindest näherungsweise Differenz ist, ist die unterschiedliche zweite zumindest näherungsweise Differenz das, was sich ergibt, wenn das erste Signal um 180° phasenverschoben wird, also mit einem „Minus“ beaufschlagt wird und mit dem unveränderten zweiten Signal addiert wird. Alternativen bestehen darin, dass die erste zumindest näherungsweise Differenz berechnet wird und dass diese mit einer Phasenverschiebung von zum Beispiel 180° beaufschlagt wird, um die zweite zumindest näherungsweise Differenz zu berechnen. Dann wird also die zweite zumindest näherungsweise Differenz unmittelbar aus der ersten zumindest näherungsweisen Differenz ermittelt. Alternativ können beide Differenzen unabhängig voneinander ermittelt werden, und zwar beide aus den ursprünglichen ersten und zweiten elektrischen Signalen, also dem linken und dem rechten Eingangssignal.
Die Differenz ist idealerweise ein Wert, den man erhält, wenn der erste Kanal von dem zweiten Kanal subtrahiert wird oder umgekehrt. Eine zumindest näherungsweise Differenz ergibt sich jedoch auch dadurch und ist in bestimmten Ausführungsbeispielen nützlich, wenn die Phasenverschiebung nicht 180° beträgt, sondern größer als 90° und kleiner als 270° ist. Bei dem noch bevorzugteren Bereich, der kleiner ist, beträgt die Phasenverschiebung einen Phasenwert zwischen 160° und 200°.
In einem Ausführungsbeispiel kann eines der beiden Signale auch vor dem Differenzbilden mit einer Phasenverschiebung gleich oder unterschiedlich von 180° beaufschlagt werden und ggf. zusätzlich noch vor dem Aufaddieren einer frequenzabhängigen Verarbeitung unterzogen worden sein, wie beispielsweise durch eine Equalizer-Verarbeitung oder eine frequenzselektive oder nicht-frequenzselektive Verstärkung. Weitere Verarbeitungen, die entweder vor oder nach dem Differenzbilden durchgeführt werden können, bestehen in einer Hochpassfilterung. Wenn ein hochpassgefiltertes Signal mit dem anderen Signal zum Beispiel mit einem Winkel von 180° kombiniert wird, stellt das ebenfalls eine zumindest näherungsweise Differenz dar. Die Differenz, die zumindest näherungsweise ausgerechnet wird, um davon ausgehend das Signal zum Anregen von Rotationswellen in entsprechenden Wandlern zu erzeugen, die separat von den konventionellen Wandlern sind, kann angenähert werden, indem die Beträge der beiden Signale nicht verändert werden und die Phase zwischen den beiden Signalen zwischen einem Winkel zwischen 90 und 270° variiert wird. Es kann zum Beispiel ein Winkel von 180° verwendet werden. Die Amplituden der Signale können dabei frequenzselektiv oder nicht-frequenzselektiv variiert werden. Auch eine Kombination von frequenzselektiv oder nicht-frequenzselektiv variierten Amplituden der beiden elektrischen Signale zusammen mit einem Winkel zwischen 90 und 270° führt ebenfalls zu einem in vielen Fällen nützlichen Rotationsanregungssignal für die separaten Rotationswandler, also den zweiten Wandler auf der linken Seite und den zweiten Wandler auf der rechten Seite.
Das Differenzsignal für die eine Seite und das unterschiedliche Differenzsignal für die andere Seite werden vorzugsweise für Lautsprecher, die vom Kopf des Zuhörers entfernt sind, eingesetzt. Jeder dieser Lautsprecher hat dann wenigstens zwei Wandler, die mit unterschiedlichen Signalen gespeist werden, wobei der erste Lautsprecher für die „linke Seite“ einen ersten Wandler hat, der mit dem ursprünglichen linken Signal beziehungsweise einem möglicherweise verzögerten linken Signal verspeist wird, während der zweite Wandler mit dem von der ersten zumindest näherungsweisen Differenz abgeleiteten Signal gespeist wird. Entsprechend werden dann die einzelnen Wandler des zweiten Lautsprechers für die „rechte Seite“ angesteuert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem mehr als zwei Kanäle existieren, also beispielsweise bei einem 5.1-Signal, ist dem Signalprozessor oder der Schnittstelle ein Abwärtsmischer für das erste elektrische Signal, also für den linken Kanal, sowie ein weiterer Abwärtsmischer für das zweite elektrische Signal, also für den rechten Kanal, vorgeschaltet. Liegt das Signal dagegen als ursprüngliches Mikrofonsignal vor, wie beispielsweise als Ambisonics-Signal mit mehreren Komponenten, so ist jeder Abwärtsmischer ausgebildet, um aus dem Ambisonics-Signal entsprechend einen linken oder rechten Kanal auszurechnen, der dann vom Signalprozessor eingesetzt wird, um das dritte elektrische Signal und das vierte elektrische Signal auf der Basis von zumindest näherungsweisen Differenzen zu berechnen.
Bei der Erzeugung von Ansteuersignalen für identische Lautsprechersysteme, die zusammen das translatorische und das rotatorische Schallfeld erzeugen, wird vorzugsweise dann, wenn Kopfhörersignale erzeugt werden sollen, ein effizienteres Schallerzeugerkonzept dadurch erreicht, dass ein erstes Schallerzeugerelement auf einer Kopfseite und ein zweites Schallerzeugerelement auf einer zweiten Kopfseite mit jeweils zwei Schallwandlern versehen sind. Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, sind die Schallwandler in dem jeweiligen Schallerzeugerelement parallel zueinander angeordnet oder weichen um weniger als 30° voneinander ab.
Damit wird es ermöglicht, dass die einzelnen Schallwandler in den entsprechenden Kopfhörerkapseln relativ wenig „auftragen“, so dass Kopfhörerkapseln erreicht werden, die relativ flach ausgebildet sein können. Dieses Konzept ermöglicht ferner eine Implementierung innerhalb eines In-Ear-Kopfhörerelements, also innerhalb eines Kopfhörers, der nicht als Kopfhörerkapsel außen am Ohr getragen wird, sondern in den äußeren Gehörgang eingeführt werden kann. Da die beiden Lautsprecher beziehungsweise Schallwandler in einer Kopfhörerkapsel beziehungsweise in einem In-Ear-Element für ein Ohr beide in der gleichen Richtung oder in nur einer wenig divergierenden Richtung emittieren, wird es ermöglicht, dass diese beiden Schallwandler in derselben Ebene, also typischerweise nebeneinander angeordnet werden können. Im Vergleich zum früheren Kopfhörer wird damit eine größere Breite einer Kopfhörerkapsel erreicht, da nunmehr zwei Wandler nebeneinander angeordnet werden. Dies ist jedoch gegenüber der Alternative mit einem Wandler vor dem anderen Wandler konstruktiv wesentlich einfacher und im Hinblick auf den höheren Platzverbrauch unkritisch, weil die Maße für die einzelnen Schallwandler ohnehin unkritisch sind, im Vergleich zu Maßen von Kopfhörerkapseln, die das gesamte Ohr umschließen. Bei In-Ear-Ausführungen ist die Implementierung ohnehin unkritisch, weil zwei Miniatur-Wandler, die nebeneinander angeordnet sind, über zwei nebeneinander angeordnete Öffnungen jeweils in das Ohr hinein emittieren können. Damit wird eine platzsparende Bauweise bei guter Audioqualität erreicht.
Je nach Implementierung, also ob der Kopfhörer mit einem Signalprozessor versehen ist oder ob der Kopfhörer bereits mit den einzelnen Signalen für die Wandler gespeist wird, und je nach Implementierung der Signalerzeugung für die einzelnen Kopfhörer wird zur Trennung der beiden Schallwandler, die auf einer Seite in einem Schallerzeugerelement angeordnet sind, eine Trennleiste beziehungsweise ein Trennsteg zwischen den beiden Kopfhörern vorgesehen, um die beiden nebeneinander angeordneten Schallwandler gewissermaßen mechanisch voneinander zu entkoppeln. Auf diese mechanische Entkopplung kann dann verzichtet werden, wenn eine elektronische Entkopplung durchgeführt wird, wie sie beispielsweise mittels eines Signalprozessors erreicht wird, der in den Signalpfaden für die unterschiedlichen Schallwandler in einem Schallerzeugerelement vorzugsweise zueinander verschachtelte bzw. verzahnte Filterbänke aufweist. Der erste Schallwandler erhält ein Signal, das durch eine erste Mehrzahl von Bandpassfiltern gefiltert worden ist, und der zweite Schallwandler erhält ein Ansteuersignal, das durch eine zweite Mehrzahl von Bandpassfiltern gefiltert worden ist, wobei die Filter für die einzelnen Schallwandler nicht gleich sind, sondern im Hinblick auf die Mittenfrequenzen der unterschiedlichen Bandpassfilter verschachtelt beziehungsweise „interdigital“ angeordnet sind.
Je nach Implementierung mit Trennsteg und einem Signalprozessor ohne verzahnte Bandpassfilteranordnungen oder einer Implementierung mit verzahnten Bandpassfilteranordnungen in den verschiedenen Signalpfaden und keinem Trennsteg zwischen den Schallwandlern im Schallerzeugerelement oder einer Implementierung mit Trennsteg und verzahnten Bandpassfilteranordnungen in den unterschiedlichen Signalpfaden wird eine optimale Ansteuerung der Signale durch die nebeneinanderliegenden Schallerzeuger erreicht, die mit jeweils unterschiedlichen Signalen beaufschlagt werden, die bei bevorzugten Ausführungsbeispielen phasenverschoben zueinander sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Signale, die an die Schallwandler in ein und demselben Schallerzeugerelement angeordnet sind, zueinander phasenverschoben und haben ferner dieselbe Bandbreite, abgesehen von gegebenenfalls unterschiedlichen Filterbänken in den Signalpfaden für die Schallwandler. Dennoch handelt es sich bei der Implementierung mit unterschiedlichen Filterbänken, die typischerweise interdigital oder verschachtelt zueinander in den unterschiedlichen Signalpfaden angeordnet sind, nicht um eine Aufteilung eines Signals in einen Hochtonbereich, einen Mitteltonbereich und einen Tieftonbereich. Stattdessen wird das gesamte Spektrum, gegebenenfalls abgesehen von fehlenden Bändern aufgrund der Mehrzahl von Bandpassfiltern, über jeden Signalwandler abgegeben.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird eine Anreicherung der Signale für die einzelnen Schallwandler zur Emulation einer Rotation unter Verwendung eines Seite-Signal-Erzeugers erreicht, der ein Seite-Signal aus einem linken Kanal und einem rechten Kanal berechnet, wobei das Seite-Signal typischerweise das Differenzsignal zwischen links und rechts ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist dann vorteilhaft, wenn es kein eigenes Rotationssignal gibt. Falls es jedoch ein eigenes Rotationssignal gibt, wird dieses Signal anstatt des Seite-Signals in die Signalpfade eingespeist.
Das Seite-Signal oder das Rotationssignal wird vorzugsweise beiden Signalpfaden zugeführt, so dass das Seite-Signal oder das Rotationssignal durch beide Signalerzeuger zusätzlich zum entsprechenden linken beziehungsweise rechten Kanal ausgegeben wird. Bei der vorliegenden Erfindung fungiert also ein Schallerzeuger in einem Schallerzeugerelement nicht mehr, wie im Stand der Technik, zur Wiedergabe des translatorischen Signals, während der andere Schallerzeuger zur Wiedergabe des rotatorischen Signals wirkt. Stattdessen wirken beide Schallerzeuger zur Wiedergabe einer Kombination von beiden Signalen, also dem rotatorischen Anteil, der aus dem Seite-Signal ermittelt wird oder direkt zugeführt wird, und dem translatorischen Anteil, der durch den Eingang für das entsprechende linke Kanalsignal beziehungsweise rechte Kanalsignal dargestellt wird.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen, wo ein Seite-Signal-Erzeuger nicht vorhanden ist, wird das Ansteuersignal für die Schallwandler in einem Schallerzeugerelement dadurch erzeugt, dass zusätzlich zu dem linken Kanal beispielsweise ein hochpassgefilterter linker Kanal mit entsprechender Verarbeitung und für beide Signalpfade unterschiedliche Phasenverschiebung hinzuaddiert wird. Das Kombinationssignal besteht dann aus dem, für die linke Seite vorhandenen, linken Signal und einem zusätzlichen hochpassgefilterten und gegebenenfalls verstärkten oder gedämpften Ursprungssignal, das je nach Signalpfad mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen beaufschlagt wird.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Signalprozessor in dem am Kopf tragbaren Schallerzeuger enthalten. Dann erhält der am Kopf tragbare Schallerzeuger, wie beispielsweise ein Kopfhörer oder ein Ohrhörer, lediglich den linken und den rechten Kanal, und die Signale für die wenigstens vier Schallwandler, die erfindungsgemäß vorgesehen sind, werden dann aus dem empfangenen linken und rechten Kanal, das beispielsweise von einem Mobiltelefon per Bluetooth zu dem am Kopf tragbaren Schallerzeuger übermittelt wird, berechnet bzw. erzeugt. In diesem Fall existiert in dem am Kopf tragbaren Schallerzeuger eine autonome Stromversorgung, wie zum Beispiel eine Stromversorgung über eine Batterie beziehungsweise einen Akkumulator, der aufladbar ist.
Bei anderen Ausführungsbeispielen werden entweder der linke und der rechte Kanal oder bereits die vier Ansteuersignale für die unterschiedlichen Schallwandler per drahtgebundener oder per drahtloser Kommunikation an die Schallerzeugerelemente übermittelt. Im Falle einer drahtgebundenen Übermittlung wird es bevorzugt, dass ferner eine Spannungsversorgung für die Schallerzeugerelemente ebenfalls über die drahtgebundene Kommunikation erreicht wird. Im Falle von drahtlosen Übertragungen muss, wie dargestellt, eine Leistungsversorgung, wie beispielsweise ein aufladbarer Akkumulator, in dem am Kopf tragbaren Schallerzeuger vorhanden sein. Je nach Implementierung wird die Erzeugung der Ansteuersignale für die Schallerzeuger in dem am Kopf tragbaren Schallerzeuger direkt vorgenommen oder aber separat, beispielsweise innerhalb eines Mobiltelefons, das dann die einzelnen Ansteuersignale für jeden einzelnen Schallwandler per Drahtloskommunikation, beispielsweise per Bluetooth oder WLAN, an die Schallwandler sendet. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht somit auch in der Implementierung eines Signalprozessors zur Erzeugung der Ansteuersignale für die Schallwandler in einem Kopf- oder Ohrhörer, wobei der Signalprozessor getrennt von den Schallwandlern ausgebildet ist, also beispielsweise als Anordnung innerhalb eines Mobiltelefons oder eines anderen mobilen Geräts.
Bei einer alternativen Ausführung, bei der das verstärkte Gegentaktsignal eingesetzt wird, um Ansteuersignale für Schallwandler, die in einem Lautsprechergehäuse untergebracht sind, zu liefern, wird ein erster Schallerzeuger mit einer ersten Emissionsrichtung und ein zweiter Schallerzeuger mit einer zweiten Emissionsrichtung eingesetzt, wobei die Schallerzeuger so zueinander angeordnet sind, dass sich die beiden Emissionsrichtungen in einer Schallkammer schneiden, wobei die Emissionsrichtungen von zueinander einen Schnittwinkel aufweisen, der parallel sein kann, der jedoch vorzugsweise größer als 60° und kleiner als 120° ist. Ferner sind der erste Schallerzeuger und der zweite Schallerzeuger und die Schallkammer vorzugsweise mit einem Gehäuse gehäust, wobei das Gehäuse einen Spalt aufweist, der ausgebildet ist, um eine Gaskommunikation zwischen der Schallkammer und einer Umgebung des Lautsprechers zu ermöglichen.
Im Hinblick auf den Signalprozessor werden der erste Schallerzeuger und der zweite Schallerzeuger so angesteuert, dass ein Gleichtaktsignal, das dem ersten Schallerzeuger und dem zweiten Schallerzeuger zugeführt wird, mit einem Gegentaktsignal überlagert wird, um das Ansteuersignal für den ersten Schallerzeuger zu gewinnen. Ferner wird das Gleichtaktsignal mit einem zweiten Gegentaktsignal überlagert, um das Ansteuersignal für den zweiten Schallerzeuger zu erhalten. Die beiden Gegentaktsignale sind voneinander unterschiedlich.
Damit wird erreicht, dass beide Schallerzeuger zusammen sowohl das Gleichtaktsignal, d.h. die translatorische Komponente, wiedergeben als auch das Gegentaktsignal, d.h. die rotatorische Komponente, wiedergeben. Dadurch, dass die Schallemission der beiden Schallerzeuger in der Schallkammer vermischt wird und in dem Gehäuse ein Spalt vorgesehen ist, durch den der Schall aus der Schallkammer in die Umgebung des Lautsprechers austreten kann, wird erreicht, dass der austretende Schall sowohl translatorische als auch rotatorische Komponenten, d.h. sowohl Gleichtaktanteile als auch Gegentaktanteile hat. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass der Schall, wenn er den Spalt verlässt, Schallschnelle-Vektoren hat, die die translatorische Komponente darstellen, die in Ausbreitungsrichtung vom Schallerzeuger weg gerichtet sind. Diese Schallschnelle-Vektoren, die die translatorische Komponente darstellen, sind zu der Quelle oder von der Quelle weg gerichtet und verändern ihre Länge, drehen sich aber nicht. Gleichzeitig wurde jedoch herausgefunden, dass aufgrund der Anordnung der Schallerzeuger in der Schallkammer das erzeugte ausgegebene Schallsignal auch Schallschnelle-Vektoren aufweist, die rotieren also sich drehen und damit ein rotatorisches Schallsignal in der Umgebung des Lautsprechers erzeugen, welches zusammen mit dem translatorischen Schallfeld dazu führt, dass die Audiowahrnehmung besonders naturgetreu wird.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Wandlern, die lediglich ein translatorisches Schallfeld erzeugen, ist die Qualität des erfindungsgemäßen Lautsprechers überlegen, weil zusätzlich zum translatorischen Schallfeld auch das rotatorische Schallfeld erzeugt wird, das einen besonders hochqualitativen geradezu „Live“-Eindruck erzeugt. Andererseits ist die Erzeugung dieses besonders naturgetreuen Schallfeldes mit translatorischen und rotatorischen Komponenten, d.h. mit linearen und rotierenden Schallschnelle-Vektoren besonders kompakt, weil zwei zueinander schräg angeordnete Schallerzeuger in einer Schallkammer das durch einen Spalt austretende kombinierte Schallfeld erzeugen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Lautsprecher separat von dem Signalprozessor angeordnet. Der Lautsprecher hat bei einem solchen Ausführungsbeispiel zwei Signaleingänge, die drahtgebunden oder drahtlos sein können, wobei an jedem Signaleingang ein Signal für einen Schallerzeuger in dem Lautsprecher erzeugt wird. Der Signalprozessor, der die Ansteuersignale für die Schallerzeuger liefert, ist entfernt vom eigentlichen Lautsprecher angeordnet und über eine Nachrichtenverbindung, wie beispielsweise eine drahtgebundene Verbindung oder eine Drahtlosverbindung mit dem Lautsprecher verbunden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Signalprozessor in dem Lautsprecher integriert. In einem solchen Fall wird in dem Lautsprecher mit integriertem Signalprozessor das Gleichtaktsignal und je nach Implementierung und Ausführungsbeispiel das Gegentaktsignal separat, oder vom Gleichtaktsignal abgeleitet. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit den Lautsprecher ohne Signalprozessor. Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit auch den Signalprozessor ohne Lautsprecher und ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Lautsprecher mit integriertem Signalprozessor.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die beiden Gegentaktsignale von einem Basis-Gegentaktsignal abgeleitet, und zwar unter Verwendung von zwei Allpass-Filter-Verarbeitungen, wobei bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Basis-Gegentaktsignal mit einem ersten Allpass-Filter gefiltert wird, um direkt oder gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Verarbeitungsschritte das erste Gegentaktsignal zu erzeugen. Das Basis-Gegentaktsignal wird hier mit einem zweiten Allpass-Filter, das sich von dem ersten Allpass-Filter unterscheidet, gefiltert, um dann direkt oder unter Verwendung gegebenenfalls weiterer Verarbeitungsschritte das zweite Gegentaktsignal für den zweiten Schallerzeuger in dem Lautsprecher zu erzeugen.
Je nach Implementierung kann bei der Gegentaktsignalverarbeitung eine Filterbankverarbeitung vorgenommen werden, wobei zwei zueinander verschachtelte bzw. verzahnte oder „interlaced“ Filterbanken in den beiden Verarbeitungszweigen für die beiden Gegentaktsignale vorgesehen sind. Damit wird das Gegentaktsignal von beiden Schallerzeugern gewissermaßen frequenzmäßig verschachtelt oder im Frequenzmultiplex in die Schallkammer gebracht. Es hat sich gezeigt, dass in einem solchen Fall eine Trennwand in der Schallkammer, um die Schallausgabe des ersten Schallerzeugers von der Schallausgabe des zweiten Schallerzeugers zumindest teilweise zu trennen, nicht erforderlich ist. Wird dagegen keine verschachtelte Filterbankverarbeitung vorgenommen, sondern haben die beiden Gegentaktsignale im Wesentlichen identische Frequenzkomponenten über den gesamten Frequenzbereich, so wird es bevorzugt, in der Schallkammer eine Trennwand vorzusehen, die dazu führt, dass der Anteil der rotierenden Schallschnelle-Vektoren in dem Ausgangssignal erhöht ist und gleichzeitig die Schallausgabe insgesamt effizienter stattfindet.
Das Basis-Gegentaktsignal, das unter Verwendung von vorzugsweise zwei verschiedenen Allpass-Filtern verarbeitet wird, um die beiden Gegentaktsignale für die beiden Schallerzeuger in dem Lautsprecher zu erzeugen, kann auf verschiedene Arten und Weisen erhalten werden. Eine Möglichkeit besteht darin, dieses Signal direkt separat mit bestimmten Mikrofonanordnungen aufzuzeichnen und zusammen mit dem translatorischen oder Gleichtaktsignal als kombinierte Audiodarstellung zu erzeugen. Dabei wird sichergestellt, dass das Gleichtaktsignal für die translatorische Schallkomponente und das Gegentaktsignal für die rotatorische Schallkomponente auf dem Weg von der Aufzeichnung bis zur Wiedergabe in dem erfindungsgemäßen Signalprozessor nicht vermischt werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, wenn beispielsweise das separate rotatorische Komponentensignal nicht vorhanden ist, und beispielsweise lediglich ein Monosignal oder ein Kanalsignal vorhanden ist, kann das Basis-Gegentaktsignal durch Hochpassfilterung und/oder gegebenenfalls eine Dämpfung oder Verstärkung von dem Gleichtaktsignal abgeleitet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Gegentaktsignal dann, wenn ein Multikanalsignal vorhanden ist, beispielsweise als Stereosignal oder als Signal mit drei oder mehr Kanälen, aus dieser Multikanaldarstellung abgeleitet. Im Falle eines Stereosignals wird beispielsweise ein Seite-Signal berechnet, das die Differenz des linken und des rechten Kanals darstellt, wobei dieses Seite-Signal dann gegebenenfalls entsprechend gedämpft oder verstärkt wird und je nach Implementierung mit einem nicht hochpassgefilterten oder hochpassgefilterten Gleichtaktsignal gemischt wird. Prinzipiell kann jedoch das Seite-Signal allein bereits als Basis-Gegentaktsignal verwendet werden, wenn das Ausgangssignal ein Stereosignal ist. Wenn das Ausgangssignal mehrere Kanäle hat, so kann das Basis-Gegentaktsignal als Differenz zwischen beliebigen zwei Kanälen der Multikanaldarstellung erzeugt werden. So könnte beispielsweise eine Differenz zwischen links und rechts hinten (right surround) erzeugt werden, oder alternativ eine Differenz zwischen dem Mitte-Kanal (Center-Kanal) und einem der anderen vier Kanäle einer Fünf-Kanal-Darstellung. Bei einer solchen Fünf-Kanal-Darstellung kann jedoch auch, wie bei einer Stereodarstellung, zur Erzeugung des Seite-Signals eine Differenz zwischen links und rechts ermittelt werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können bestimmte Kanäle der Fünf-Kanal-Darstellung aufaddiert werden, d.h. es kann ein Zwei-Kanal-Downmix ermittelt werden, aus dem dann durch Differenzbildung das Basis-Gegentaktsignal gewonnen werden kann. Eine beispielhafte Implementierung zur Erzeugung eines Zwei-Kanal-Downmix-Signals besteht in der Addition gegebenenfalls mit Gewichtungsfaktoren von links hinten (left surround), links und Mitte, um einen linken Downmix-Kanal zu erzeugen. Zur Erzeugung des rechten Downmix-Kanals wird der Kanal rechts hinten (right surround) mit dem rechten Kanal und dem Mitte-Kanal wieder gegebenenfalls mit Gewichtungsfaktoren aufaddiert. Das Basis-Gegentaktsignal kann dann durch Differenzbildung aus dem linken Downmix-Kanal und dem rechten Downmix-Kanal ermittelt werden.
Damit existieren verschiedene Möglichkeiten, um aus konventionellen Gleichtaktsignalen dann, wenn ein separates Gegentaktsignal (noch) nicht existiert, ein solches abzuleiten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit zwei verstärkten Gegentaktsignalen für eine erste oder linke und eine zweite oder rechte Gegentaktsignal-Einspeisung;
3 eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerung von 1;
4a eine bevorzugte Abbildungsfunktion zum Abbilden einer Ähnlichkeit auf einen Einstellwert für die steuerbare Verstärkung oder Dämpfung bei einer Analyse der beiden Kanalsignale, von denen das Gegentaktsignal abgeleitet ist;
4b eine Verstärkungsfunktion in Abhängigkeit von einer Amplituden-bezogenen Charakteristik des Gegentaktsignals;
5a eine Implementierung der vorliegenden Erfindung bei einer Lautstärke-Einstellung vor der Gegentaktsignalerzeugung;
5b eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Lautstärke-Einstellung nach der Gegentaktsignalerzeugung und der Gegentaktsignalverstärkung;
6a eine Schnittdarstellung eines Lautsprechers mit zwei Schallerzeugern;
6b eine Frontansicht des Lautsprechers;
6c eine Schnittansicht des Lautsprechers von 6a mit zusätzlicher Trennwand;
7a eine Blockschaltbilddarstellung eines Signalprozessors für die schematisch dargestellten Schallerzeuger eines Lautsprechers von 6a bis 6c;
7b eine bevorzugte Ausführungsform zur Darstellung der ersten und zweiten Gegentaktsignalverarbeitung von 7a;
7c eine schematische Darstellung der zwei verschiedenen Mehrzahlen von Bandpassfiltern;
8a eine weitere schematische Darstellung von zueinander verschachtelten oder verzahnten oder interlaced Bandpässen aufgeteilt in ungeradzahlige und geradzahlige Bandpässe;
8b eine bevorzugte Ausführungsform zur Erzeugung der Gegentaktsignale mit Ableitung des Basis-Gegentaktsignals aus einer Differenz zwischen zwei Kanälen und einer anschließenden gesteuerten Verstärkung des Basis-Gegentaktsignals, um das verstärkte Gegentaktsignal zu erhalten;
9 eine schematische Darstellung eines Szenarios mit mehreren Dual-Mode-Twin-Transducer-Lautsprechern und einem mobilen Gerät, wie z. B. einem Mobiltelefon, zur Ansteuerung;
10 eine schematische Darstellung eines an einem Kopf tragbaren Schallerzeugers;
11 eine schematische Implementierung eines Signalprozessors zum Erzeugen der Ansteuersignale für die vier Schallwandler von 10;
12 eine bevorzugte Implementierung mit verschiedenen Optionen für ein Verzweigungselement von 11;
13 eine schematische Darstellung einer integrierten oder nicht integrierten Implementierung der Signalerzeugung mit einem Seite-Signal-Erzeuger als Beispiel für einen Gegentaktsignalerzeuger und verschachtelten Bandpässen in den verschiedenen Signalpfaden;
14 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten Ansteuersignals und eines zusätzlichen zweiten Ansteuersignals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
15a eine detailliertere Darstellung des Signalmanipulators von 14;
15b eine detaillierte Darstellung des Signalkombinierers von 14 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sowie eine Darstellung der Einbindung einer Bandbreiten-Erweiterungsstufe für jedes Ansteuersignal für einen translatorischen Wandler;
16 eine schematische Darstellung der Lautsprecherseite eines Lautsprechersystems für ein Zwei-Kanal-Ausgabeformat mit unterschiedlichen Lautsprechern bzw. Lautsprechersystemen für das translatorische Schallfeld und das rotatorische Schallfeld;
17 eine Darstellung eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals mit einem oder mehreren Einstellwerten in den Metadaten; und
18 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals mit einem oder mehreren Einstellwerten in den Metadaten von 17.

1 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger, die einen Gegentaktsignalerzeuger 1010, 80, einen steuerbaren Verstärker 1030 und eine Steuerung 1020 aufweist. Der Gegentaktsignalerzeuger 1010, 80 ist ausgebildet, um ein Gegentaktsignal 1011 aus einem ersten Kanalsignal und einem zweiten Kanalsignal zu erzeugen. Das erster Kanalsignal 1001 bzw. 71 bzw. 306 und das zweite Kanalsignal 1002 bzw. 308 stammen von einem Mehrkanalaudiosignal und können beispielsweise das linke Kanalsignal und das rechte Kanalsignal sein. Alternativ kann das erste Kanalsignal auch ein linker hinterer Kanal (left surround) oder ein rechter hinterer Kanal (right surround) oder irgendein anderer Kanal eines Multikanalaudiosignals sein, das nicht nur ein 5.1-Format umfassen kann, sondern auch höhere Formate, wie ein 7.1-Format etc.
Der steuerbare Verstärker 1030 ist ausgebildet, um das Gegentaktsignal 1011 zu verstärken oder zu dämpfen, und zwar mit einer einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung gemäß einem Einstellwert 1035, den der steuerbare Verstärker 1030 von der Steuerung 1020 empfängt. Insbesondere ist die Vorrichtung in 1 ausgebildet, um das verstärkte Gegentaktsignal 1036 bzw. 72 als Basis für das Ansteuersignal für einen oder mehrere Schallerzeuger zu verwenden, wobei verschiedene Varianten zur Erzeugung des letztendlichen Ansteuersignals aus dem verstärkten Gegentaktsignal bezüglich der 5b, 7a, 7b, 8a, 8b, 11, 12, 13, 14, 15a, 15b oder 16 nachfolgend dargelegt werden.
Die Steuerung 1020 ist ausgebildet, um den Einstellwert 1035 derart zu bestimmen, dass bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal ein erster Einstellwert bestimmt wird, und dass bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal ein zweiter Einstellwert bestimmt wird, wobei insbesondere die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt. Dieser Zusammenhang ist schematisch in der Abbildungsfunktion 1000 dargestellt, die einen Einstellwert für eine Verstärkung (Einstellwert größer als 1) und/oder für eine Dämpfung (Einstellwert kleiner als 1) darstellt, und zwar abhängig von einer Ähnlichkeitsskala. Insbesondere wird die Verstärkung für größere Ähnlichkeitswerte, also für stärkere Ähnlichkeiten zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal immer größer. Dies ist dahin gehend vorteilhaft, dass dadurch der Pegelverlust des Gegentaktsignals, das vorzugsweise als Differenzsignal oder annäherndes Differenzsignal erzeugt wird, ausgeglichen wird bzw. teilweise kompensiert wird. Andererseits wird die Verstärkung immer kleiner, je unähnlicher die beiden Kanalsignale sind, weil dann der Pegel des Gegentaktsignals immer weiter zunimmt. Eine besondere Situation ergibt sich insbesondere dann, wenn das erste Kanalsignal und das zweite Kanalsignal besonders unähnlich sind, also vollständig korreliert sind, aber gegenphasig. Dann führt die Berechnung des Gegentaktsignals zu einer Überhöhung des Pegels des Gegentaktsignals, welche gemäß der Abbildungsfunktion, um Ähnlichkeitswerte auf Einstellwerte abzubilden, wie sie schematisch bei 1000 in 1 gezeigt ist, erfindungsgemäß dahin gehend angegangen wird, dass dann das Gegentaktsignal weniger verstärkt oder sogar gedämpft wird, also mit einem Verstärkungsfaktor kleiner als 1 in linearer Skala oder mit einem negativen Verstärkungsfaktor in einer logarithmischen Skala, wie beispielsweise einer dB-Skala.
Eine Verstärkung kann eine Verstärkung sein, die zu einer Vergrößerung des Pegels führt, also eine Verstärkung mit einem Verstärkungsfaktor größer als 1 bzw. einem positiven Verstärkungsfaktor auf einer dB-Skala. Eine Verstärkung kann jedoch auch eine Verstärkung mit einem Verstärkungsfaktor kleiner als 1 sein, also eine Dämpfung. Dann liegt der Verstärkungsfaktor zwischen 0,1 bzw. auf einer dB-Skala im negativen Bereich.
Je nach Ausführungsform findet eine direkte Analyse der Signale, um den Einstellwert zu bestimmen, in der Vorrichtung von 1 statt. Alternativ umfasst das Mehrkanalaudiosignal, das das erste Kanalsignal 1001, 71, 306 und das zweite Kanalsignal 1002, 308 umfasst, Metadaten 1050, wie in 17 dargestellt ist. Die Steuerung 1020 ist ausgebildet, um den Einstellwert 1035, 1051 aus den Metadaten 1050 zu extrahieren. Der steuerbare Verstärker ist ausgebildet, um gemäß dem extrahierten Einstellwert das Gegentaktsignal 1011 mit der einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung zu beaufschlagen. Dies ist durch den Pfeil in den Block 1020 hinein für die Metadaten bei 1051 dargestellt. Dann findet eine direkte Signalanalyse in der Vorrichtung von 1 nicht unbedingt statt. Bei einer gemischten Implementierung wird aus den Metadaten 1051 ein Startwert für den Einstellwert ausgelesen, der dann durch eine Vorrichtung, die für eine tatsächliche Signalanalyse ausgebildet ist, verfeinert werden kann. Dagegen wird eine Vorrichtung, die keine Signalanalyse ausführen kann, sondern lediglich die Metadaten 1051 auslesen kann, für ein ganzes Stück denselben Startwert verwenden, was bereits eine Verbesserung darstellt, oder zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb eines Stücks, zu denen wieder ein neuer Einstellwert in den Metadaten vorhanden ist, diesen neuen Einstellwert zur Einstellung des bzw. der steuerbaren Verstärker verwenden.
Vorzugsweise ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um einen Korrelationswert zwischen dem ersten Kanalsignal 1001, 71, 306 und dem zweiten Kanalsignal 1002, 308 zu bestimmen, wobei der Korrelationswert ein Maß für die Ähnlichkeit ist. Besonders bevorzugt ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um eine normierte Kreuzkorrelationsfunktion aus dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal zu berechnen, wobei ein Wert der normierten Kreuzkorrelationsfunktion ein Maß für die Ähnlichkeit ist. Insbesondere ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um einen Korrelationswert unter Verwendung einer Korrelationsfunktion zu berechnen, die einen Wertebereich von negativen und positiven Werten hat, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um für einen negativen Wert der Korrelationsfunktion einen Einstellwert zu bestimmen, der eine Dämpfung oder Verstärkung darstellt, und für einen positiven Wert der Korrelationsfunktion den Einstellwert zu bestimmen, der eine Verstärkung bzw. Dämpfung darstellt, also das jeweils andere. Eine typische normierte Kreuzkorrelationsfunktion hat einen Wertebereich zwischen -1 und +1, wobei der Wert -1 bedeutet, dass die beiden Signale voll korreliert aber gegenphasig sind, und damit maximal unähnlich.
Andererseits wird ein Wert von +1 dann erhalten, wenn die beiden Kanalsignale komplett korreliert sind und gleichphasig, also maximal ähnlich. Das Gegentaktsignal wird mit abnehmendem Wert von -1 auf 0 bei einer normierten Kreuzkorrelationsfunktion immer größer, weshalb der Verstärkungsfaktor in diesem Bereich immer weiter heruntergefahren wird. Bei einem Wert der normierten Kreuzkorrelationsfunktion zwischen 0 und -1 wird die Ähnlichkeit dagegen immer geringer, weshalb das Gegentaktsignal immer stärker gedämpft wird bzw. immer weniger verstärkt wird, um der Überhöhung des Gegentaktsignals entgegenzuwirken. Eine Ähnlichkeit zwischen den Kanalsignalen ist daher nur dann gleichlaufend mit der Kreuzkorrelationsfunktion, wenn die beiden Kanalsignale gleichphasig sind, also wenn das Vorzeichen der Kreuzkorrelationsfunktion +1 ist. Dagegen ist die Ähnlichkeit gegenläufig zum Wert der Kreuzkorrelationsfunktion, wenn das Vorzeichen der Kreuzkorrelationsfunktion negativ ist.
4a zeigt eine bevorzugte Abbildungsfunktion, die beispielweise als Abbildungsfunktion in 1000 von 1 eingesetzt werden könnte. Die y-Achse stellt das Verstärkungsmaß av in dB dar. Der Ähnlichkeitswert entlang der x-Achse hat einen Wertebereich zwischen -1 und +1, wobei eine maximale Ähnlichkeit bei einem Wert der Kreuzkorrelation von +1 erhalten werden würde. Dagegen wird eine maximale Unähnlichkeit, welche einen Wert der Kreuzkorrelationsfunktion im Hinblick auf den Betrag von 1 und einem negativen Vorzeichen entspricht, dazu führen, dass die Verstärkung zu einer Dämpfung wird, also zu einer Verstärkung kleiner 1 bzw. zu einer Verstärkung im negativen dB-Bereich. Bei dem in 4a gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zusammenhang zwischen dem Ähnlichkeitswert einerseits und dem Einstellwert andererseits linear, und zwar bis zu Werten von etwa 0,8 bei einem Ausführungsbeispiel. Oberhalb von Werten größer z. B. 0,8 ist der Verlauf der Verstärkung zum Einstellwert gepunktet gezeichnet und wird bei bestimmten Ausführungsbeispielen nicht mehr linear verlaufen. Dies liegt daran, dass dann das Gegentaktsignal immer kleiner wird und im Extremfall, wenn 100%ig gleichphasige Signale am Eingang der Steuerung vorliegen, sogar 0 werden kann. Dann würde eine sehr große Verstärkung dazu führen, dass lediglich ein sehr kleines Signal, das dann zum großen Teil aus Rauschen bestehen würde, verstärkt wird. Daher wird in diesem Fall die Verstärkung entweder auf einem Maximalpegel gelassen, wie es durch die gepunktete waagerechte Linie in 4a gezeigt ist, oder die Verstärkung wird auf 0 abgesenkt, um dann für einen solchen Fall das Gegentaktsignal gewissermaßen „auszuschalten“. Wieder eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verstärkungsfaktor bereits vorher herunterzunehmen, wie es durch die gebogene gestrichelte Linie gezeigt ist, die dann in die vertikale gepunktete Linie mündet, um bereits bei Werten vielleicht von 0,6 oder 0,7 in eine gewisse Kompression zu gehen, um dann bei einem Wert von 0,8 oder bei Werten größer 0,8, aber kleiner als 1, auf eine Verstärkung von 0 dB zu gehen.
Dagegen ist eine solche Maßnahme für den negativen Quadranten der Abbildungsfunktion von 4a nicht nötig. Hierbei wird es bevorzugt, monoton die Dämpfung, also die Verstärkung mit einem Verstärkungswert kleiner 1 immer weiter zu erhöhen, und zwar auf einen Maximalwert von hier -10 dB für eine maximale Unähnlichkeit, also eine Gegenphasigkeit der beiden Kanalsignale. Es sei darauf hingewiesen, dass der Bereich zwischen -10 dB und +10 dB ein Ausführungsbeispiel darstellt, wobei jedoch auch andere Bereiche verwendet werden können, wie beispielsweise zwischen -20 dB und +20 dB oder auch -10 dB im negativen Bereich und +5 dB im positiven Bereich etc.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Einstellwert nicht anhand der Kanalsignale 1001, 1002 bestimmt, sondern anhand des Gegentaktsignals 1011, wie es durch die gepunktete Linien vom Gegentaktsignal 1011 zur Steuerung 1020 in 1 dargestellt ist. Hierbei wird ein Pegel, eine Amplitude oder eine andere Amplituden-bezogene Größe, wie beispielsweise der Betrag der Amplitude, das Quadrat der Amplitude oder auch die dritte Potenz der Amplitude als Näherung für die Lautheit etc. des Gegentaktsignals 1011 erfasst. Abhängig von diesem Pegel wird die Verstärkung eingestellt, um bei kleinem Pegel bzw. kleiner Amplitude des Gegentaktsignals eine große Verstärkung zu wählen und bei einem großen Pegel des Gegentaktsignals eine Dämpfung bzw. eine Verstärkung mit einem Verstärkungswert kleiner als 1 zu verwenden. Lediglich beispielhaft ist in 1b eine Situation gezeigt, bei der der Verstärkungsbereich wieder, wie in 4a, zwischen +10 dB und -10 dB dargestellt ist. Ferner ist in 4b wieder eine gewisse „Kompression“ der Verstärkung zeigt, die zu sehr kleinen Pegeln des Gegentaktsignals bzw. einer sehr kleinen Amplituden-bezogenen Größe abnimmt und bei ganz kleinen Werten auf 0 gesetzt werden kann oder auf andere Art und Weise eingestellt werden kann, um eine zu große Artefakterzeugung durch Verstärkung von größtenteils Rauschen zu vermeiden. Eine hohe Unähnlichkeit der beiden Kanalsignale wird zu einem sehr großen Pegel des Gegentaktsignals führen, weshalb das Gegentaktsignal gedämpft wird, wie es in 4b für den Wert -10 dB dargestellt wird. Dagegen führt eine hohe Ähnlichkeit, die dann auftritt, wenn die beiden Kanalsignale gleichphasig sind, bei der Bildung des Gegentaktsignals zu einem sehr kleinen Gegentaktsignal, so dass das Gegentaktsignal verstärkt wird. Wieder ist zwischen dem Bereich der maximalen und der minimalen Verstärkung ein vorzugsweise monotoner Bereich, der in gewissen Grenzen auch linear sein kann. Allerdings können andererseits auch andere monotone Bereiche eingesetzt werden, die stückweise quadratisch, kubisch oder einen Verlauf haben, der stückweise monoton ist, jedoch nicht unbedingt vollständig glatt sein muss. Die Verstärkungs-Ähnlichkeits-Abbildungsfunktion kann je nach Implementierung in einer Look-Up-Tabelle in der Steuerung 1020 von 1 abgelegt sein, oder kann unter Verwendung einer Funktion mit einem quantitativen Ähnlichkeitswert als Eingangsgröße und dem Einstellwert 1035 als Ausgangsgröße berechnet werden. Alternative Möglichkeiten, die sich von einer Tabelle oder einer Funktion unterscheiden, können ebenfalls eingesetzt werden.
1 zeigt eine allgemeine Implementierung der vorliegenden Erfindung, die eingesetzt werden kann, wenn lediglich ein einziges Ansteuersignal für einen einzigen Schallwandler ausgerechnet werden soll. 1 zeigt ferner eine Basisimplementierung, bei der auch weitere Gegentaktsignale für weitere Lautsprecher berechnet werden können. Eine solche spezielle Implementierung für die Berechnung von zwei Gegentaktsignalen, also beispielsweise eines Gegentaktsignals für eine linke Seite und eines Gegentaktsignals für die rechte Seite ist in 2 dargestellt. In 2 wird bei einer Gleichtaktsignaleinspeisung ein linkes Kanalsignal als Beispiel für das erste Kanalsignal 1001 eingespeist, das auch das Bezugszeichen 1011 in nachfolgenden Darstellungen hat. Ferner kann in einer weiteren Gleichtaktsignaleinspeisung ein rechtes Signal 1002 bzw. 1012 eingespeist werden.
Der Gegentaktsignalerzeuger 1010, 80 ist gestrichelt dargestellt und umfasst einen Addierer 1013 bzw. 371, einen weiteren Addierer 1014 bzw. 374 und zwei Polaritätsumkehrstufen 1015, 372 bzw. 1016, 374. Damit wird erreicht, dass aus dem linken Kanalsignal und dem rechten Kanalsignal ein erstes Gegentaktsignal 1011 als Differenzsignal berechnet wird und dass aus der Differenz zwischen dem rechten Kanal und dem linken Kanal ein weiteres Gegentaktsignal 1012 erzeugt wird, welche beide in den steuerbaren Verstärker 1030 eingegeben werden, welcher einen ersten Einzelverstärker 1031 für das linke bzw. erste Gegentaktsignal umfasst, und welcher einen zweiten Einzelverstärker 1032 für das zweite bzw. rechte Gegentaktsignal 1012 umfasst. Der Verstärker 1030 hat einen Eingang für den Einstellwert g(t), welcher hier ein von einem Vorzeichen-behafteten Wert c(t) der normierten Kreuzkorrelationsfunktion, die einen Wertebereich zwischen -1 und +1 liefert, abgeleiteter Spannungswert sein kann. Die Verstärker 1031, 1032 erhalten über den Verzweigungspunkt 1033 denselben Einstellwert und sind vorzugsweise als spannungsgesteuerte Verstärker ausgebildet. Sieliefern für den gegebenen Ähnlichkeitswertebereich zwischen -1 und +1, welcher vorzugsweise in Treiberspannungen umgesetzt wird, also in Werte mit der Dimension Volt (V), eine Verstärkung zwischen -10 dB und +10 dB. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel berechnet die Steuerung 1020 intern also den Wert c(t) der vorzugsweise verwendeten normierten Kreuzkorrelationsfunktion und setzt diesen Wert über eine in den entsprechenden Verstärkungswert g(t) um, der über den Anschluss 1035 dem Verstärker 1030 zugeführt wird. Vorzugsweise wird dieser Wert an einem Verzweigungspunkt 1033 gegeben und genau gleich an die beiden Einzelverstärker 1031, 1032 weitergeleitet. Es können jedoch auch alternative unterschiedliche Verstärkungswerte für die unterschiedlichen Signale verwendet werden, wobei es jedoch bevorzugt wird, denselben Einstellwert für beide Differenzen zu verwenden.
Je nach Implementierung können Einzelverstärker 1031, 1032 ausgebildet sein, um als Einstellwert einen speziellen Spannungswert, einen speziellen Stromwert oder einen speziellen digitalen Wert zu erhalten. In einem solchen Fall ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um einen entsprechenden Ähnlichkeitswert unter Verwendung der Tabelle 1000 in den von den Verstärkern 1031, 1032 benötigten Spannungswert, Stromwert oder digitalen Wert umzusetzen. Bei alternativen Ausführungen kann der steuerbare Verstärker 1030 auch derart ausgebildet sein, dass er bereits eine Umsetzung mittels einer Tabelle 1000 umfasst. Dann ist im Hinblick auf die Terminologie der vorliegenden Erfindung diese Umsetzung als Teil der Steuerung zu betrachten. Es wird daher darauf hingewiesen, dass die Steuerung 1020 und der Verstärker 1030 nicht unbedingt getrennte physische Elemente oder Halbleiterbausteine oder getrennte Entitäten sein müssen, sondern dass die Definitionen dieser Elemente funktionale Definitionen sind.
Der steuerbare Verstärker 1030 liefert schließlich zwei Gegentaktsignale, d.h. ein erstes Signal 1036, 72 für links und ein zweites Signal 1037 für rechts.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für die Berechnung der normierten Kreuzkorrelationsfunktion, wie sie im steuerbaren Verstärker 1030 vorgenommen wird, um dem Korrelationswert c(t) zu erhalten, der eine dimensionslose Größe ist, und der gemäß der Abbildungsvorschrift 1000 in einen für den Verstärker 1030 benötigten Einstellwert umgesetzt wird. Insbesondere umfasst die Implementierung der Steuerung 1020 von 3 einen ersten Multiplizierer 1021 zum Multiplizieren des ersten Kanalsignals, also beispielsweise des linken Kanalsignals und des zweiten Kanalsignals, also beispielsweise des rechten Kanalsignals. Dem Multiplizierer 1021 ist ein Integrator 1022 nachgeschaltet, der einen ersten Eingang eines Divisionselements bzw. Divisors 1027 speist. Ferner umfasst die Steuerung bei dieser Implementierung einen weiteren Multiplizierer 1023a zum Multiplizieren des linken Kanals mit sich selbst und einen nachgeschalteten Integrierer 1024a, welchem wiederum ein Wurzelelement 1025a folgt, um einen ersten Eingang eines Multiplizierers 1026 zu speisen. Ferner existiert ein ähnlicher Zweig mit einem Multiplizierer 1023b, einem Integrierer 1024b und einem Wurzelelement 1025b für den rechten Kanal, um einen zweiten Eingang des Multiplizierers 1026 zu speisen. Der Multiplizierer 1026 ist ausgangsseitig mit einem weiteren Eingang des Divisors 1027 verbunden und der Divisor liefert schließlich den Wert der normierten Kreuzkorrelationsfunktion, wie er in 3 dargestellt ist. Die Verwendung der normierten Kreuzkorrelationsfunktion ist dahin gehend vorteilhaft, dass sie von der von dem Benutzer eingestellten Lautstärke, also dem Pegel, wie er am Ende durch die Schallerzeuger bzw. das Schallerzeugersystem, das einen oder mehrere einzelne Schallwandler bzw. Lautsprecher umfassen kann, unabhängig ist. Bei der Berechnung der normierten Kreuzkorrelationsfunktion wird aufgrund des Nenners im Divisor eine Normierung gemäß dem Pegel des linken und des rechten Kanalsignals vorgenommen, die von einer Lautstärke-Einstellung unabhängig ist.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst die Steuerung 1020 vorzugsweise folgende Merkmale; einen Multiplizierer 1021, 1023a, 1023b zum Multiplizieren des ersten Kanalsignals und des zweiten Kanalsignals, um ein erstes Multiplikationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des ersten Kanalsignals mit sich selbst, um ein zweites Multiplikationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des zweiten Kanalsignals mit sich selbst, um ein drittes Multiplikationsergebnis zu erhalten; einen Integrierer 1022, 1024a, 1024b zum Integrierern des ersten Multiplikationsergebnisses, um ein erstes Integrationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des zweiten Multiplikationsergebnisses, um ein zweites Integrationsergebnis zu erhalten, oder zum Integrieren des dritten Multiplikationsergebnisses, um ein drittes Integrationsergebnis zu erhalten; einen Wurzelbilder 1025a, 1025b zum Bilden einer Wurzel aus dem zweiten Integrationsergebnis, um ein erstes Wurzelergebnis zu erhalten, oder zum Bilden einer Wurzel aus dem dritten Integrationsergebnis, um zweites Wurzelergebnis zu erhalten; einen weiteren Multiplizierer 1026, um das erste Wurzelergebnis mit dem zweiten Wurzelergebnis zu multiplizieren, um ein viertes Multiplikationsergebnis zu erhalten; und einen Divisor 1027 zum Dividieren des ersten Integrationsergebnisses durch das vierte Multiplikationsergebnis, um einen quantitativen Ähnlichkeitswert zu erhalten, wobei die Steuerung 1020 ausgebildet ist, um den Einstellwert aus dem quantitativen Ähnlichkeitswert 1000zu ermitteln.
Je nach Implementierung kann beispielsweise durch die Schaltung von 3 oder eine andere Art und Weise eine automatische dauernde Einstellung des steuerbaren Verstärkers bis zu einer Sample-genauen Steuerung erfolgen, also im Hinblick auf eine Steuerung pro Abtastwert. Es wird jedoch bevorzugt, um Artefakte zu vermeiden, eine Filterung und insbesondere eine Tiefpassfilterung von Einstellwerten vorzunehmen, um eine nicht so schnelle Verstärkungsänderung zu erreichen.
Andererseits wird eine weitere zeitliche Mittelung dadurch erreicht, dass zur Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion, wenn diese eingesetzt wird, für die dort nötigen zeitlichen Integrationen bestimmte Integrationszeiten eingestellt werden, über deren Länge die „Schwerfälligkeit“ der Verstärkungsregelung eingestellt werden kann. Je nach Implementierung kann sogar ein Kreuzkorrelationswert bzw. Ähnlichkeitswert für ein gesamtes Audiostück bestimmt werden und dieser Ähnlichkeitswert wird dann über das gesamte Stück beibehalten. Sogar in einem solchen Fall wird eine gesamte integrale Ähnlichkeit der beiden Kanalsignale, aus denen das Gegentaktsignal bestimmt wird, berücksichtigt, so dass auch in einem solchen Fall eine signaladaptive, wenn auch zeitlich sehr langsame bzw. sogar für ein spezielles Signal festgelegte Verstärkungseinstellung erfolgt.
Bei solchen Ausführungsbeispielen ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um ausgehend von einem Startwert den Einstellwert variabel über der Zeit für das Multikanal-Audiosignal zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung 1020 ausgebildet, um den Einstellwert basierend auf einem zeitlichen Bereich des Multikanal-Audiosignals zu bestimmen, der sich vor einem aktuellen Zeitpunkt oder nach einem aktuellen Zeitpunkt erstreckt, wobei der Bereich vor dem aktuellen Zeitpunkt oder der Bereich nach dem aktuellen Zeitpunkt eine Zeitspanne umfasst, die zwischen 1 ms und 2 min liegt, oder noch bevorzugter zwischen 0,1 s und 15 s liegt, oder wobei der Bereich ein ganzes Stück umfasst.
17 zeigt eine Darstellung eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals 1040 mit einem oder mehreren Einstellwerten 1051 bzw. 1035 in Metadaten 1050 des erweiterten Mehrkanalaudiosignals. Die Metadaten sind hier einem Abschnitt des ersten Kanalsignals 1001 und des zweiten Kanalsignals 1002 zugeordnet. Der Abschnitt kann das ganze Stück sein. Dann existiert für das ganze Stück ein Startwert für den Einstellwert, der dann unverändert bei der Wiedergabe des ganzen Stückes durch die Vorrichtung von 1 verwendet werden kann oder der lediglich als Startwert verwendet wird, wenn die Vorrichtung von 1 ebenfalls eine Analyse durchführen kann, um den Startwert nach einer gewissen Zeit, die zwischen 1 ms und 2 min liegt, oder noch bevorzugter zwischen 0,1 s und 15 s liegt, durch einen neuen Wert zu ersetzen.
Alternativ zeigt 17 einen Ausschnitt des erweiterten Mehrkanalaudiosignals 1040, das den Einstellwert oder mehrere Einstellwerte für bestimmte Kanalpaare für einen oder mehrere Signalframes des Audiosignals darstellt. Dann wird die Steuerung 1020 von 1 immer aktuelle Einstellwerte 1035 bzw. 1051 auslesen und an den Verstärkter 1030 liefern, um eine zeitlich veränderte Steuerung zu erreichen, ohne dass in 1 eine tatsächlich Analyse der Signale stattfinden wird.
18 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals (1040). Diese umfasst eine Eingangsschnittstelle 1060 zum Erhalten des Mehrkanalaudiosignals, das ein erstes Kanalsignal 1001, 71, 306 und ein zweites Kanalsignal 1002, 308 aufweist, eine Steuerung (1020) zum Bestimmen eines Einstellwerts für eine Verstärkung oder Dämpfung eines Gegentaktsignals (1011), das aus dem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und dem zweiten Kanalsignal (1002, 308) ableitbar ist, wobei die Steuerung 1020 ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt.
Die Vorrichtung in 18 umfasst ferner eine Ausgangsschnittstelle 1070 zum Ausgeben des erweiterten Mehrkanalaudiosignals 1040, das das erste Kanalsignal 1001, 71, 306, das zweite Kanalsignal 1002, 308, und Metadaten 1050 umfasst, wobei die Metadaten 1050 den Einstellwert 1051 aufweisen. Die Steuerung 1020 in 18 kann genauso wie die Steuerung 1020 in 1 ausgebildet sein. Allerdings wird sie eine tatsächliche Signalanalyse durchführen, um den Einstellwert 1035 bzw. 1051 zu bestimmen. Beispielhaft kann die Steuerung 1020 von 18 ausgebildet sein, wie sie bezugnehmend auf 1, 2, 3, 4a, 4b, 5a, 5b und in den Patentansprüchen beschrieben und definiert ist, auch wenn die Patentansprüche sich auf die Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals beziehen. Im Unterschied hierzu wird der Einstellwert 1035 bzw. 1051 bei der Vorrichtung in 18 nicht an einen steuerbaren Verstärker wie in 1 angelegt, sondern durch die Ausgangsschnittstelle 1070 in die Metadaten 1050 des erweiterten Mehrkanalaudiosignals 1040 eingetragen oder als einzige Metadaten hinzugefügt.
Eine Lautstärke-Einstellung kann beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle 1100, wie sie in 5a gezeigt ist, und einen von der Benutzerschnittstelle 1100 gesteuerten Lautstärke-Einsteller 1200 erfolgen. Aufgrund der Implementierung, wie sie in 3 gezeigt ist, bei der der Ähnlichkeitswert auf normierter Basis berechnet wird, muss die Steuerung 1020, wenn sie die Kanalsignale am Ausgang des Lautstärke-Einstellers 1200 zur Ähnlichkeitsberechnung verwendet, keine Information über die tatsächliche Laustärke-Einstellung, die ein Benutzer an einem Lautstärkeregler der Benutzerschnittstelle 1100 vorgenommen hat, haben. Dasselbe gilt, wenn die Kanalsignale am Eingang des Lautstärke-Einstellers 1200 verwendet werden, wie es durch gestrichelte Linien in 5a dargestellt ist. Wird dagegen die Steuerung 1020 dahin gehend betrieben, dass sie nicht eine Einstellung der Steuerung auf der Basis der Analyse der beiden Kanalsignale vor oder nach dem Lautstärke-Einsteller 1200 durchführt, sondern anhand des Gegentaktsignals selbst, wie es durch die gestrichelte Linie zwischen dem Ausgang des Gegentaktsignalerzeugers und der Steuerung 1020 dargestellt ist, so benötigt die Steuerung ferner, um eine richtige Verstärkungseinstellung zu erreichen, auch den aktuellen Verstärkungswert von der Benutzerschnittstelle 1100, wie es wiederum durch die gestrichelte Linie zwischen dem Block 1100 und dem Block 1020 von 5a dargestellt ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in 5b gezeigt ist, wird die Lautstärke-Einstellung durch den Lautstärke-Einsteller 1200 erst am Ausgang des Systems durchgeführt, also durch Verstärker für jedes letztendlich gewonnene Ansteuersignal. Dann kann die Bestimmung des Verstärkungswerts für den steuerbaren Verstärker unabhängig davon, ob dieser auf der Basis der Kanalsignale oder auf der Basis des Gegentaktsignals oder der mehreren Gegentaktsignale stattfindet, folgen, weil alle Signale im normierten Bereich vorhanden sind, und die eigentliche Lautstärke-Einstellung erst direkt vor den eigentlichen Schallwandlern über den Lautstärke-Einsteller 1200, der als steuerbare Verstärker an den jeweiligen Ausgängen für die einzelnen Schallwandler bzw. Lautsprecher dargestellt ist, vorgenommen werden.
Insbesondere zeigt 5b neben dem Block Gegentaktsignalerzeuger und steuerbarer Verstärker, welcher die beiden Blöcke 1010, 1030 vereint, auch einen Gleichtaktsignalerzeuger, der mit dem Bezugszeichen 1250, 402, 404 bezeichnet ist. Der Gegentaktsignalerzeuger liefert zwei erfindungsgemäß verstärkte Gegentaktsignale 1036, 1037 und der Gleichtaktsignalerzeuger 1250, 402, 404 liefert zwei Gleichtaktsignale, welche je nach Implementierung direkt die Kanalsignale sein können, so dass der Gleichtaktsignalerzeuger 1250 lediglich eine Durchleitungsfunktion hat oder nicht vorhanden ist. Alternativ können die beiden Gleichtaktsignale jedoch speziell verarbeitete Gleichtaktsignale sein, die beispielsweise einer Brandbreitenerweiterung oder einer anderen Funktionalität unterzogen worden sind. Insbesondere werden die beiden Gegentaktsignale, die erfindungsgemäß verstärkt worden sind und bei 1036 und 1037 gezeigt sind, sowie die Gleichtaktsignale am Ausgang des Blocks 1250 einer Schnittstelle bzw. einem Lautsprechersignalerzeuger 1300 zugeführt, wobei der Block 1300 in späteren Figuren auch als Block 50, 60 oder als Block 300, 400 bezeichnet wird. Je nachdem, welche tatsächliche Schallerzeugung durch die vier ausgangsseitigen Lautsprecher 1402, 1402, 1403, 1404 vorgenommen wird, werden die verstärkten Gegentaktsignale 1036 durch den Block 1300, der dann als Ausgangsschnittstelle wirkt, direkt weiter zu der Verstärkerstufe 1200 gespeist, oder werden die Gegentaktsignale und die Gleichtaktsignale noch miteinander kombiniert und verarbeitet, um die eigentlichen Ansteuersignale zu erhalten.
So zeigt 16 eine Implementierung, wo die Ansteuersignale an getrennte Lautsprecher bzw. Lautsprechersysteme geschickt werden, die einen translatorischen Schall wiedergeben, wie beispielsweise für die Lautsprecher 521, 523, und die ferner einen rotatorischen Schall wiedergeben, wie beispielsweise für das Lautsprechersystem 1401, das die Wandler 522a, 522b umfasst, wobei dieses Lautsprechersystem für die linke Seite vorgesehen ist, und wobei ferner das Gegentaktsignal rechts eingesetzt wird, um das Lautsprechersystem 1404 zu speisen, das aus den Einzelwandlern 524a, 524b besteht. In einem solchen Fall ist der Block 1300 als Schnittstelle ausgebildet, weil die Ausgangssignale 1036, 1037 den Ansteuersignalen 412, 414 von 16 entsprechen, und weil die Gleichtaktausgangssignale des Blocks 1250, 402, 404 den Ansteuersignalen 412, 414 von 16 entsprechen. Ferner ist in 16 auch die Benutzerschnittstelle 1100 von 5b eingezeichnet. Alternativ kann die Benutzerschnittstelle 1100 jedoch auch so implementiert sein, wie es in 5a dargestellt ist, so dass dann in diesem Fall die Verstärker im Block 1200 Verstärker sind, die in den Lautsprecherboxen bzw. Lautsprechersystemen direkt angeordnet sind und unabhängig von der Benutzerschnittstelle eine feste Verstärkung haben.
Wird die Schallerzeugung dagegen derart erreicht, dass die Erzeugung des translatorischen Schalls und des rotatorischen Schalls durch entsprechend angesteuerte gleich ausgebildete Schallwandler erzeugt wird, wie es z. B. für Lautsprecher in 6a bis 6c dargestellt ist, oder wie es für einen Kopfhörer bzw. Ohrhörer in 10 und in den nachfolgenden Figuren dargestellt wird, so wird der Block 1300 als Lautsprechersignalerzeuger 50, 60, 300, 400 arbeiten, der aus den verstärkten Gleichtaktsignalen 1036, 1037 jeweils zwei Ansteuersignale für die beiden Wandler 1401, 1402 für eine Seite beispielsweise berechnet, wobei diese Ansteuersignale ferner auch die Gleichtaktsignale, wie sie vom Block 1250 ausgegeben werden, enthalten können, und zwar unter Verwendung einer entsprechenden Kombinationsstufe, wie es noch bezugnehmend auf die 7a bis 8b und 11 bis 13 dargestellt werden wird.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Implementierung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Lautsprechersystemen dargestellt, wie sie in den 6a bis 6c schematisch illustriert sind und in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102021203632.5 beschrieben sind, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Ein Gegentaktsignal und ein Gleichtaktsignal für einen Kanal, wie beispielsweise für einen linken Kanal, einen rechten Kanal, einen mittleren Kanal etc. werden beide kombiniert und an einen Schallerzeuger geführt, der zwei oder mehrere Einzelschallwandler, wie beispielsweise die Einzelschallwandler 11 oder 12, aufweist.
6a zeigt einen Lautsprecher mit einem ersten Schallerzeuger 11 mit einer ersten Emissionsrichtung 21 und einem zweiten Schallerzeuger mit einer zweiten Emissionsrichtung 22. Beide Schallerzeuger 11, 12 sind so zueinander angeordnet, dass sich die beiden Emissionsrichtungen 21, 22 in einer Schallkammer schneiden und einen Schnittwinkel 20 aufweisen, der größer als 60° und kleiner als 120° ist. Bei dem in 6a bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schallerzeuger so angeordnet, dass die Emissionsrichtungen der Schallerzeuger sich in einem Winkel von vorzugsweise 90° bzw. in einem bevorzugten Bereich zwischen 80° und 100° schneiden. Jedoch auch dann, wenn die Schallerzeuger so angeordnet sind, dass der Winkel α bis auf einen Winkel über 60° fällt, wenn die Emissionsrichtungen also paralleler werden, oder dann, wenn der Winkel 20 in 6a bis auf 120° ansteigt, wenn die Emissionsrichtungen der Schallerzeuger also weniger parallel und mehr gegeneinander gerichtet sind, ergibt sich eine gute Schallemissionscharakteristik des Lautsprechers.
Die Schallkammer wird durch den Bereich zwischen der Membran des ersten Schallerzeugers 11 und der Membran des zweiten Schallerzeugers 12 und einer Frontalwand des Gehäuses, die mit 14a bezeichnet ist, gebildet. In dem Gehäuse bzw. in der Frontalwand des Gehäuses ist ein Spalt 16 vorgesehen, der ausgebildet ist, um eine Gaskommunikation zwischen der Schallkammer innerhalb des Lautsprechers und einer Umgebung des Lautsprechers zu ermöglichen. Insbesondere ist bei dem in 6a gezeigten Ausführungsbeispiel der erste Schallerzeuger 11 mit dem Gehäuse 14b separat gehäust. Ferner ist der zweite Schallerzeuger 12 wieder mit einem separaten Gehäuse 14c gehäust. Damit wird sichergestellt, dass die Rückseiten der beiden Schallerzeuger 11, 12, d.h. die Seiten der Schallerzeuger, die von der Schallkammer weggerichtet sind, nicht miteinander kommunizieren, da dort, wo sich die beiden Schallerzeuger gegenüber des Spalts berühren, ein gasdichter Abschluss vorgesehen ist. Ferner sind die Schallerzeuger selbst bezüglich ihrer Rückseite abgedichtet, abgesehen von bei normalen Lautsprechern nötigen Lüftungsöffnungen, die jedoch für die Schallerzeugung nicht entscheidend sind, sondern lediglich für einen Druckausgleich sorgen, damit sich die entsprechende Membran des Schallerzeugers frei bewegen kann.
6b zeigt eine Frontalansicht des Lautsprechers, bei der der Spalt 16 in der Frontalansicht dargestellt ist, wobei das gesamte Gehäuse bzw. die Schallkammer durch einen Deckel 14e und einen Boden 14d abgeschlossen ist. Das Bezugszeichen 14a bezeichnet die Frontalwand, in der der Spalt 16 angeordnet ist. 6b zeigt eine Ausführungsform eines im Hinblick auf 6a ähnlichen Lautsprechers, bei dem jedoch in der Schallkammer eine Trennwand 18 angeordnet ist, die ein Trennwandende nahe beim Spalt 16 aufweist und an der anderen Seite, d.h. an der von dem Spalt weggewandten Seite mit dem Gehäuse 14b des ersten Schallerzeugers und dem Gehäuse 14c des zweiten Schallerzeugers verbunden ist, so dass eine Kommunikation vom ersten Schallerzeuger zum zweiten Schallerzeuger lediglich um den Bereich der Trennwandende herum, also in dem Bereich stattfindet, in dem auch der Spalt 16 angeordnet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Trennwand 18 dann vorgesehen, wenn die Signalerzeugung für das Gegentaktsignal für den jeweiligen Schallerzeuger so stattfindet, dass der Frequenzgehalt der beiden Gegentaktsignale im Wesentlichen gleich ist. Bei einer solchen Implementierung werden keine verschachtelten Bandpässe eingesetzt. Bei dem in 6a gezeigten Ausführungsbeispiel wird dagegen keine Trennwand vorgesehen. Diese Ausführungsform des Lautsprechers wird vorzugsweise mit der Gegentaktsignalerzeugung kombiniert, bei der die beiden Gegentaktsignale für die beiden Schallerzeuger unter Verwendung von zueinander verschachtelten Bandpässen erzeugt werden, so dass der Frequenzgehalt des einen Gegentaktsignals im Wesentlichen verschachtelt zum Frequenzgehalt des anderen Gegentaktsignals ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass verschachtelt hier lediglich als ungefähr verschachtelt zu verstehen ist, weil Bandpassfilter immer Überlappungen zwischen Nachbarkanälen aufweisen, da Bandpassfilter mit sehr steiler Kante nicht bzw. nur mit hohem Aufwand zu implementieren sind. Es wird auch eine Bandpassfilterimplementierung, wie sie schematisch in 7c dargestellt ist, ebenfalls als verschachtelte Bandpassfilterimplementierung angesehen, obgleich es zwischen den unterschiedlichen Bandpassfiltern immer Überlappungsbereiche gibt, die jedoch im Hinblick auf die Frequenzanteile bei der Mittenfrequenz des jeweiligen Bandpassfilters beispielsweise um wenigstens 6 dB und vorzugsweise um wenigstens 10 dB gedämpft sind.
Während bei der Gegentaktsignalerzeugung ohne verschachtelte Bandpassfilter ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 150 -250 Hz und vorzugsweise 190 bis 210 Hz eingesetzt wird, wird es bevorzugt, bei der Verwendung der verschachtelten Filter keine Hochpassfilterung einzusetzen sondern auch den tiefen Frequenzbereich zur Erzeugung der beiden unterschiedlichen Gegentaktsignale zu verwenden.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der Spalt 16 in dem Frontalbereich 14 so ausgebildet, dass der Frontalbereich in einen in der Draufsicht linken Teil, der links vom Spalt beispielsweise in 6b angeordnet ist, und in einen rechten Teil geteilt wird. Die Aufteilung findet vorzugsweise mittig statt, so dass der Spalt in dem Frontalbereich, in der Frontalabmessung der Schallkammer, mittig von oben nach unten verläuft, die Abweichung von der Mitte kann jedoch in einem Toleranzbereich von +/- 20° von der rechten Abmessung des rechten Teils senkrecht zum Spalt abweichen. Dies bedeutet, dass der Spalt um 20 % der Abmessung des rechten und linken Teils, wenn der Spalt in der Mitte angeordnet wäre, nach rechts oder links verschoben sein kann.
Ferner ist der Spalt vorzugsweise, wie es in 6b gezeigt ist, vollständig von unten nach oben ausgebildet. Der Spalt ist aber nicht im Deckel und nicht im Boden ausgebildet. Diese beiden Elemente sind dagegen durchgehend ohne Öffnung ausgeführt. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Spalt zwischen 0,5 cm und 4 cm breit. Besonders bevorzugt befindet sich die Abmessung des Spalts in einem Bereich zwischen 1 cm und 3 cm und besonders bevorzugt zwischen 1,5 cm und 2 cm.
Die Trennwand 18, die in 6c gezeigt ist, ist ausgebildet, um die Schallkammer in einen ersten Bereich für den ersten Schallerzeuger und in einen zweiten Bereich für den zweiten Schallerzeuger aufzuteilen, wobei sich ein Ende der Trennwand in der Nähe des Spalts aber vom Spalt beabstandet befindet, so dass der erste Bereich für den ersten Schallerzeuger und der zweite Bereich für den zweiten Schallerzeuger in Gaskommunikation mit der Umgebung des Lautsprechers durch den Spalt hindurch ist. Ferner sind auch der erste Bereich und der zweite Bereich deswegen, weil sich die Trennwand 18 nicht komplett bis zum Spalt erstreckt, untereinander in Gaskommunikation. Am anderen Ende ist die Trennwand entweder mit dem ersten oder zweiten Schallerzeuger verbunden, wie es z. B. in 6c gezeigt ist. Alternativ kann jedoch auch die Trennwand zwischen dem ersten und dem zweiten Schallerzeuger angeordnet sein, so dass sich der erste und der zweite Schallerzeuger nicht berühren, jedoch mit der Trennwand so verbunden sind, dass im „hinteren“ Bereich der Trennwand die Gaskommunikation unterbrochen ist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen beträgt die Höhe des ersten Gehäuses 14b und die Höhe des zweiten Gehäuses 14c einen Wert zwischen 10 cm und 30 cm und besonders bevorzugt zwischen 15 cm und 25 cm. Ferner beträgt die Breite des ersten Gehäuses und die Breite des zweiten Gehäuses einen Wert, der zwischen 5 cm und 15 cm und besonders bevorzugt zwischen 9 cm und 11 cm liegt. Die Tiefe liegt ferner vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 cm und 15 cm und besonders bevorzugt zwischen 9 cm und 11 cm.
Nachfolgend werden anhand der 7a bis 8b der zweite und der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung dargelegt, d.h. der zweite Aspekt im Hinblick auf einen von dem Lautsprecher getrennten Signalprozessor und der dritte Aspekt im Hinblick auf eine integrierte Variante, bei der der Lautsprecher mit dem Signalprozessor integriert ausgeführt ist. Insbesondere umfasst der Lautsprecher bei dem in 7a gezeigten Ausführungsbeispiel den Signalprozessor oder Signalerzeuger 105, welcher ausgebildet ist, um den ersten Signalerzeuger 11 und den zweiten Signalerzeuger 12 mit einem ersten Signalerzeugersignal 51 bzw. mit einem zweiten Signalerzeugersignal 52 anzusteuern. Bei dem in 7a gezeigten Ausführungsbeispiel sind ferner jeweils ein Verstärker 324 und 344 vor den Schallerzeugern 11, 12 angeordnet. Diese Verstärker können je nach Ausführungsform in dem Lautsprecher integriert sein oder können in dem Signalprozessor integriert sein. Es wird jedoch bevorzugt, dass dann, wenn der Signalprozessor entfernt vom Lautsprecher angeordnet ist und z. B. drahtlos mit dem Lautsprecher kommuniziert wird, die Verstärker 324, 344 in dem Lautsprecher angeordnet sind und die Signale 51, 52 z. B. drahtlos über ein Mobiltelefon, wie es noch anhand von 9 dargestellt wird, von dem Signalprozessor 105 zu dem Lautsprecher, wie er beispielsweise in 6a dargestellt ist, übertragen werden. Ferner ist in der Figur der steuerbare Verstärker 1030, der mit dem Einstellwert 1035 eingestellt wird, gezeigt. Der Verstärker verstärkt das Gegentaktsignal, um das Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
Der Signalprozessor umfasst bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Kombinierer 50, der ausgebildet ist, um ein Gleichtaktsignal, das über einen Eingang 71 zugeführt wird, mit einem ersten Gegentaktsignal zu überlagern. Dies findet bei dem in 7a gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Addierer 322 statt. Ferner ist der Kombinierer ausgebildet, um das Gleichtaktsignal, das über den Eingang 71 zugeführt wird, mit einem zweiten Gegentaktsignal zu überlagern, was bei dem in 7a gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Addierer 342 implementiert ist. Ferner ist der Schallerzeuger derart ausgebildet, dass das erste Gegentaktsignal, das dem Addierer 322 zugeführt wird, und das zweite Gegentaktsignal, das dem Addierer 342 zugeführt wird, voneinander unterschiedlich sind. Zur Erzeugung dieser beiden Gegentaktsignale umfasst der Signalerzeuger einen Gegentaktsignalerzeuger 60. Der Gegentaktsignalerzeuger 60 ist ausgebildet, um ein Basis-Gegentaktsignal über einen Eingang 72 zu erhalten, und um aus dem Basis-Gegentaktsignal unter Verwendung einer ersten Gegentaktsignalverarbeitung, die beispielsweise bei 326e in 7a gezeigt ist, das erste Gegentaktsignal zu erzeugen, und um unter Verwendung einer zweiten Gegentaktsignalverarbeitung, die in 7a beispielhaft bei 326f gezeigt ist, das zweite Gegentaktsignal zu erzeugen.
Die erste Gegentaktsignalverarbeitung umfasst eine Allpass-Filterung, wie es durch „AP“ in 7a und anderen Figuren dargestellt ist. Darüber hinaus umfasst auch die zweite Gegentaktsignalverarbeitung eine Allpass-Filterung bzw. einen Allpass-Filter, wie es ebenfalls mit „AP“ in 7a und anderen Figuren dargestellt ist. Die beiden Allpass-Filter 326e, 326f sind ausgebildet, um im Wege der ersten Gegentaktsignalverarbeitung eine Phasenverschiebung zu erreichen, und um im Wege der zweiten Gegentaktsignalverarbeitung eine zweite Phasenverschiebung zu erreichen, die von der ersten Phasenverschiebung unterschiedlich ist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Phasenverschiebung im Rahmen der ersten Gegentaktsignalverarbeitung bloß +90° und beträgt die Phasenverschiebung im Rahmen der zweiten Gegentaktverarbeitung -90°. Damit wird eine Phasendifferenz zwischen den beiden Gegentaktsignalen von 180° erreicht. Alternativ sind die beiden Gegentaktsignalverarbeitungen jedoch ausgebildet, um eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Gegentaktsignalen zu erreichen, die zwischen 135° und 225° liegt, wobei bei alternativen Ausführungsbeispielen die Phasenverschiebungen aufgrund der Allpass-Filter 326e, 326f derart implementiert sind, dass ein Element eine positive Phasenverschiebung erzeugt, wie beispielsweise das Element 326e, und das andere Element eine negative Phasenverschiebung erzeugt, wie beispielsweise das Element 326f. Bereits bei einer solchen Implementierung, die nicht unbedingt die optimale 180°-Phasenverschiebung zwischen den beiden Gegentaktsignalen haben muss, wird bereits im Schallfeld ein gewisser Anteil an rotierendem Schallfeld erzeugt. Bei einer Phasenverschiebung zwischen 170° und 190° zwischen den beiden Gegentaktsignalen liegt die Effizienz der Erzeugung des rotierenden Schallfeldanteils im besten Bereich.
Der Signalprozessor ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ferner ausgebildet, um das Basis-Gegentaktsignal für den Eingang 72 des Gegentaktsignalerzeugers 60 bereitzustellen. Dies wird durch einen Basis-Gegentaktbereitsteller 80 erreicht, der ein Eingangssignal über einen Eingang 81 erhält.
Bei einer Implementierung, bei der das rotierende Schallfeld nicht separat aufgezeichnet worden ist, kann das Basis-Gegentaktsignal aus dem Seite-Signal einer Mitte-Seite-Signalverarbeitung gewonnen werden. Der Basis-Gegentaktsignalbereitsteller ist somit ausgebildet, um sowohl das Gleichtaktsignal 71 über den Eingang 81 zu erhalten, als auch irgendein anderes Kanalsignal, wie es noch anhand von 8b dargestellt wird, um aus einer Differenz dieser beiden Signale das Seite-Signal zu ermitteln, das dann je nach Implementierung direkt verwendet werden kann oder aber verzögert wird oder gedämpft oder verstärkt werden kann.
Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung eines Basis-Gegentaktsignals existieren, wobei immer eine rotierende Schallfeldkomponente erzeugt wird, weil das erste Gegentaktsignal und das zweite Gegentaktsignal mit dem Gleichtaktsignal überlagert werden, so dass die beiden Schallerzeuger 11, 12 in dem Lautsprecher eine Gegentaktsignalanregung durchführen, die außerhalb des Spalts 16 als rotierendes Schallfeld bemerkbar ist. Je nach spezieller Erzeugung des Gegentaktsignals wird das rotierende Schallfeld immer mehr dem ursprünglichen physikalischen rotierenden Schallfeld entsprechen. Es hat sich daher herausgestellt, dass bereits eine Ableitung des Gegentaktsignals aus dem Gleichtaktsignal und eine entsprechende Überlagerung durch den Signalkombinierer 50 zu einem wesentlich verbesserten Höreindruck führt im Vergleich zu einer Ausführung, bei dem die beiden Schallerzeuger lediglich mit einem Gleichtaktsignal angesteuert werden und gleichtaktmäßig arbeiten.
7b zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Gegentaktsignalerzeugers. Neben all den Allpass-Filtern 326e, 326f, die bereits bezugnehmend auf 7a dargestellt worden sind, und die unterschiedliche Phasenverschiebungen erzeugen, die vorzugsweise unterschiedliche Vorzeichen haben, ist in dem Gegentaktsignalerzeuger für den oberen Signalweg 321 eine erste Mehrzahl von Bandpassfiltern 320 vorgesehen, und ist für den unteren Signalweg, den Signalweg 341 eine zweite Mehrzahl von Bandpassfiltern 340 vorgesehen.
Die beiden Bandpassfilterimplementierungen 320, 340 unterscheiden sich voneinander, wie es schematisch in 7c dargestellt ist. Der Bandpassfilter mit der Mittenfrequenz f1, der bei 320a in 7c im Hinblick auf seine Übertragungsfunktion H(f) dargestellt ist, sowie der Bandpassfilter 320b mit der Mittenfrequenz f3, der mit 320b dargestellt ist, als auch der Bandpassfilter 320c mit der Mittenfrequenz f5, gehören zu der ersten Mehrzahl von Bandpassfiltern 320 und sind daher im ersten Signalpfad 321 angeordnet, während die Bandpassfilter 340a, 340b mit den Mittenfrequenzen f2 und f4 in dem unteren Signalpfad 341 angeordnet sind, also zu der zweiten Mehrzahl von Bandpassfiltern gehören. Die Bandpassfilterimplementierungen 320, 340 sind somit verschachtelt zueinander beziehungsweise interdigital oder verschachtelt ausgebildet, so dass die beiden Signalwandler in einem Schallerzeugerelement zwar Signale mit derselben gesamten Bandbreite emittieren, jedoch dahingehend unterschiedlich, dass in jedem Signal jedes zweite Band gedämpft ist. Damit wird erreicht, dass auf den Trennsteg verzichtet werden kann, da die mechanische Trennung durch eine „elektrische“ Trennung ersetzt worden ist. Die Bandbreiten der einzelnen Bandpassfilter in 7c sind lediglich schematisch gezeichnet. Vorzugsweise nehmen die Bandbreiten von unten nach oben zu, und zwar in Form einer vorzugsweise angenäherten Bark-Skala. Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass der gesamte Frequenzbereich in wenigstens 20 Bänder eingeteilt wird, so dass die erste Mehrzahl von Bandpassfiltern 10 Bänder umfasst und die zweite Mehrzahl von Bandpassfiltern ebenfalls 10 Bänder umfasst, welche dann durch Überlagerung aufgrund der Emission der Schallerzeuger wiederum das gesamte Audiosignal wieder-geben.
8a zeigt eine schematische Darstellung dahingehend, dass 2n geradzahlige Bandpässe in der Erzeugung für das obere Ansteuersignal eingesetzt werden, während 2n-1 (ungeradzahlige Bandpässe) für die Erzeugung des unteren Ansteuersignals eingesetzt werden..
Andere Einteilungen beziehungsweise Implementierungen der Bandpassfilter auf digitale Art und Weise, beispielsweise mittels einer Filterbank, einer kritisch abgetasteten Filterbank, einer QMF-Filterbank oder einer, wie auch immer gearteten, Fourier-Transformation oder einer MDCT-Implementierung mit anschließender Zusammenfassung beziehungsweise unterschiedlicher Verarbeitung der Bänder können ebenfalls verwendet werden. Genauso können die unterschiedlichen Bänder auch eine konstante Bandbreite von dem unteren Ende bis zum oberen Ende des Frequenzbereichs haben, beispielsweise von 50 bis 10000 Hz oder darüber. Ferner kann die Anzahl der Bänder auch wesentlich größer als 20 sein, wie beispielsweise 40 oder 60 Bänder, so dass jede Mehrzahl von Bandpassfiltern die Hälfte der gesamten Anzahl von Bändern wiedergibt, wie beispielsweise 30 Bänder, im Falle von 60 gesamten Bändern.
In 7b ist eine bevorzugte Implementierung des Signalkombinierers 50 dargestellt, wobei über den Addierer 322 das Ausgangssignal der ersten Mehrzahl von Bandpassfiltern mit dem Gleichtaktsignal 323a addiert wird, das am Gleichtaktsignaleingang 71 vorliegt. Entsprechend addiert der zweite Addierer 342 im Signalkombinierer 50 das Ausgangssignal der zweiten Mehrzahl von Bandpassfiltern 340 wieder mit dem Gleichtaktsignal 323a, das am Eingang 71 von 7a beispielsweise vorliegt. Außerdem erhalten der erste Allpass-Filter 326e und der zweite Allpass-Filter 326f das Basis-Gegentaktsignal. Das Basis-Gegentaktsignal 72 wird bei dem in 7b gezeigten Ausführungsbeispiel direkt beiden Allpass-Filtern 326e, 326f zugeführt. Alternativ kann jedoch entweder für beide Zweige 321 und 341 oder nur für einen Zweig eine Verstärkung/Dämpfung vorgesehen sein. Dies könnte dann nützlich sein, wenn beispielsweise die beiden Signalerzeuger im Lautsprecher, wie er in 6a gezeigt ist, nicht genau symmetrisch ausgebildet sind oder nicht genau symmetrisch angeordnet sind.
Ferner ist in 7b dargestellt, dass die Verstärker 324, 344 nicht nur als Verstärker ausgebildet sein können, sondern auch als Digital/Analog-Wandler bzw. als Eingangsstufe eines Lautsprechers. Dann würde die Funkstrecke zwischen dem Signalprozessor bzw. Signalerzeuger 105 und den Lautsprechern zwischen den Elementen 322 und 324 bzw. 342 und 344 liegen. In einer solchen Implementierung ist jeder Lautsprecher ausgebildet, um zwei Eingangssignale, ein Eingangssignal für jeden Schallerzeuger 11, 12, zu empfangen, und um diese Eingangssignale entsprechend zu verarbeiten und insbesondere zu verstärken, um die Ansteuersignale für die Membranen der Schallerzeuger 11, 12 zu bekommen.
8b zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Signalprozessors, bei dem der Basis-Gegentaktsignal-Bereitsteller 80 als Seite-Signal-Erzeuger ausgebildet ist. Wenn beispielsweise das Gleichtaktsignal ein linkes Signal am Eingang 71 ist, so wird es bevorzugt, das Basis-Gegentaktsignal 72 dadurch zu erhalten, dass ein Differenzsignal zwischen dem Gleichtaktsignal am Eingang 71 und einem anderen Kanal einer Zwei- oder Mehrkanaldarstellung berechnet wird, welche beispielsweise einen rechten Kanal R, einen mittleren Kanal C, einen linken hinteren Kanal LS oder einen rechten hinteren Kanal RS enthalten kann.
Um eine Differenzbildung zu erreichen, wird es bevorzugt, den anderen Kanal am Eingang 73 mit einer Phasenumkehrung 372 zu beaufschlagen, die eine 180°-Phasenverschiebung erreicht. Vorzugsweise wird dies erreicht, wenn das Signal als Differenzsignal zwischen zwei Polen vorhanden ist. Dann wird die Phasenumkehr 372 einfach dadurch erreicht, dass der Kanal in einen Addierer 371 gewissermaßen „umgekehrt“ eingesteckt wird. Der Addierer 371 ist daher vorzugsweise so ausgebildet, dass an seinem einen Eingang das Gleichtaktsignal „richtig“ eingesteckt wird, und an seinem anderen Eingang das andere Kanalsignal „verkehrt“ eingesteckt wird, um die Phasenverschiebung von 180°, die durch den Phasenschieber 372 angedeutet ist, zu erreichen. Bei anderen Implementierungen können auch andere Phasenverschiebungen eingesetzt werden, wenn statt des „verkehrten Einsteckens“ ein tatsächlicher Phasenschieber eingesetzt wird.
Ferner ist in der Figur der steuerbare Verstärker 1030, der mit dem Einstellwert 1035 eingestellt wird, gezeigt. Der Verstärker verstärkt das Gegentaktsignal, um das Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
Das Differenzsignal am Ausgang des Addierers stellt dann das Basis-Gegentaktsignal 72 dar, welches dann weiterverarbeitet werden kann. Bei dem in 8b dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Gegentaktsignalerzeuger weitere Elemente, nämlich die Potentiometer bzw. Verstärker mit einer Verstärkung kleiner Eins 375, 326a und den Addierer 326b und wiederum das Potentiometer 326c. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 7a oder 7b, bei dem das Gegentaktsignal vom Ausgang 72 direkt in den Verzweigungspunkt 326b und von dort in die beiden Allpass-Filter bzw. verschachtelten Bandpassfilter eingespeist worden ist, wird das Basis-Gegentaktsignal bei 8b vor der Verzweigung zunächst modifiziert, und zwar durch einen Verstärker bzw. ein Potentiometer 375. Ferner wird das Basis-Gegentaktsignal über den Addierer 326b mit dem Gleichtaktsignal am Eingang 71 gemischt und das Ergebnis der Mischung wird durch den Verstärker bzw. durch das Potentiometer 326c verstärkt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Verstärker 375 einen Verstärkungsfaktor von 1 hat, wenn der Verstärker 326a einen Verstärkungsfaktor von 0 hat, also komplett dämpft, und wenn der Verstärker 326c einen Verstärkungsfaktor von 1 hat, die Implementierung von 8b identisch zu der Implementierung von 7a ist, abgesehen von den verschachtelten Bandpassfiltern 320, 340, wobei bei dem in 8a und besonders 8b gezeigten Ausführungsbeispiel ungeradzahlige Bandpässe im oberen Zweig und geradzahlige Bandpässe im unteren Zweig angeordnet sind. Die Anordnung von geradzahligen und ungeradzahligen Bandpässen kann jedoch auch umgekehrt stattfinden, so dass das mit dem Allpass-Filter 326e verarbeitete Signal mit geradzahligen Bandpassfiltern weiterverarbeitet wird. Bei dem in 8b gezeigten Ausführungsbeispiel sei ferner darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge zwischen Allpass-Filter und Filterbank auch umgekehrt werden kann. Bei wieder alternativen Ausführungsbeispielen kann auch auf die Allpass-Filter verzichtet werden, da in einem solchen Fall die Filterbänke bereits dazu führen, dass die Gegentaktsignale im oberen Zweig und im unteren Zweig zueinander unterschiedlich sind. Auch eine Implementierung mit lediglich verschachtelten Bandpassfiltern ohne Allpass-Filter, bei denen der Verzweigungspunkt direkt der Eingang in die Filterbänke 320, 340 ist und der Ausgang der Filterbänke direkt mit dem entsprechenden Eingang der Addierer 322, 342 verbunden ist, führt somit ebenfalls zu einem Schallsignal am Ausgang des Spalts, das translatorische und rotatorische Komponenten aufweist.
Darüber hinaus ist die Verwendung der Allpass-Filter dahin gehend von Vorteil, dass dann, wie es in 6a dargestellt ist, auf die Trennwand in der Schallkammer verzichtet werden kann. Werden jedoch keine verschachtelten Filterbänke vorgesehen, wie beispielsweise in 7a, so wird es bevorzugt, die Trennwand 18 in der Schallkammer vorzusehen, wie es in 6c dargestellt ist.
9 zeigt eine bevorzugte Implementierung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem mobilen Gerät, z. B. einem Mobiltelefon. Ein mobiles Gerät 106 umfasst eine Ausgangsschnittstelle, die durch eine Sendeantenne 112 symbolisiert wird. Darüber hinaus umfasst jeder Lautsprecher 102, 103, 104, der vorzugsweise wie in 6a bis 6c ausgeführt sein kann, eine Eingangsschnittstelle, die durch Empfangsantennen 108, 109, 110 symbolisiert sind. Das Mobiltelefon 106 umfasst den Signalprozessor bzw. Signalerzeuger 105, welcher in 7a, 7b oder 8b als der Teil dargestellt ist, der sich zwischen dem Eingang 71, 73 und den Ausgangsverstärkern 324, 344 befindet. Vorzugsweise sind die entsprechenden Ausgangsverstärker 324, 344 in jedem der einzelnen Lautsprecher 102, 103, 104 angeordnet und die zu verstärkenden Signale werden am Ausgang der jeweiligen Eingangsschnittstellen der entsprechenden Lautsprecher 102, 103, 104 geliefert. Bei dem in 9 gezeigten Szenario ist das Audiosignal ein Drei-Kanal-Signal mit einem linken Kanal L, einem Mitte-Kanal C und einem rechten Kanal R. Das Signal kommt vorzugsweise von einer in dem Mobiltelefon 106 vorhandenen Audiobibliothek oder stammt von einem entfernten Audio-Server, wie beispielsweise einem Streaming-Dienst etc. Vorzugsweise ist die Schnittstelle, die durch die Sendeantenne 112 symbolisiert ist, eine Nahbereichs-Schnittstelle, wie beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle.
Je nach Implementierung kann das Mobiltelefon bzw. der Signalprozessor oder Signalerzeuger 105 ausgebildet sein, um, wie es anhand von 8b dargestellt worden ist, das Basis-Gegentaktsignal als Differenz zwischen einem linken Kanal und z. B. einem rechten Kanal berechnen. Falls jedoch abweichend von 9 eine Multikanaldarstellung mit z. B. fünf Kanälen vorliegt, wie sie in 8b erläutert sind, so kann der Basis-GegentaktsignalBereitsteller 80 auch ausgebildet sein, um das Seite-Signal als Differenz zwischen einem linken Downmix-Kanal und einem rechten Downmix-Kanal zu berechnen. Der linke Downmix-Kanal wird durch Addition von links und hinten links (LS) und gegebenenfalls unter zusätzlicher Addition durch einen gewichteten, z. B. mit dem Faktor 1,5 gewichteten Mitte-Kanal C, berechnet. Ferner wird der rechte Downmix-Kanal durch eine Addition des rechten Kanals R mit dem Kanal hinten rechts (RS) und gegebenenfalls mit einem z. B. Faktor 1,5 gewichteten Mitte-Kanal C ermittelt. Dann wird das Seite-Signal durch Subtraktion des linken und des rechten Downmix-Kanals gewonnen.
Alternativ kann das Seite-Signal auch durch eine Subtraktion von LS und RS gewonnen werden, ohne die Verwendung des Gegentaktsignals. Es können zur Berechnung des Seite-Signals beliebige Kanalpaare oder ein Downmix-Kanal und ein ursprünglicher Kanal etc. verwendet werden und es muss nicht, wie es in 8b dargestellt ist, zur Berechnung des Basis-Gegentaktsignals dasselbe Gleichtaktsignal verwendet werden, das dann durch den Signalkombinierer den beiden Gegentaktsignalen hinzu addiert wird.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Implementierung der vorliegenden Erfindung am Beispiel eines Kopfhörers oder Ohrhörers bzw. an einem Kopf tragbaren Geräts dargestellt, das auch in einem Hörgerät implementiert sein könnte. Solche Elemente sind in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102021200552.7 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Hier werden in Analogie zu dem Ausführungsbeispiel, das bezüglich der 6a bis 8b dargestellt worden ist, die einzelnen Ansteuersignale für die einzelnen Schallwandler wieder aus der Kombination von den verstärkten Gegentaktsignalen und den Gleichtaktsignalen erzeugt.
10 zeigt einen am Kopf tragbaren Schallerzeuger gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der am Kopf tragbare Schallerzeuger umfasst ein erstes Schallerzeugerelement 100 auf einer ersten Seite und ein zweites Schallerzeugerelement 200 auf einer zweiten Seite. Die erste Seite kann beispielsweise die linke Seite sein und die zweite Seite kann dann die rechte Seite sein. Ferner umfasst das erste Schallerzeugerelement 100 wenigstens einen ersten Schallwandler 110 und einen zweiten Schallwandler 120, die so angeordnet sind, dass Schallemissionsrichtungen des ersten Schallwandlers 110 und des zweiten Schallwandlers 120 parallel zueinander ausgerichtet sind oder um weniger als 30° voneinander abweichen. Ferner ist die Anordnung in dem Schallerzeugerelement 200 für die andere beziehungsweise rechte Seite im Hinblick auf den dritten Schallwandler 210 und den vierten Schallwandler 220 derart, dass Schallemissionsrichtungen des dritten Schallwandlers 210 und des vierten Schallwandlers 220 parallel zueinander sind oder um weniger als 30° voneinander abweichen.
Die beiden Schallerzeugerelemente sind dann, wenn der am Kopf tragbare Schallerzeuger ein Kopfhörer ist, über einen Verbindungssteg 600 miteinander verbunden. Ferner sind bei bestimmten Ausführungsbeispielen in den Schallerzeugerelementen zwischen den einzelnen Schallwandlern Trennstege 130 beziehungsweise 230 angeordnet, die die vorzugsweise horizontal zueinander angeordneten Schallwandler 110 und 120 beziehungsweise 210 und 220 trennen. Dies bedeutet, dass sich dann, wenn die vorliegende Erfindung als Kopfhörer ausgebildet ist, die Trennstege 130 beziehungsweise 230 vertikal, also von unten nach oben beziehungsweise von oben nach unten erstrecken, wenn der Kopfhörer an einem Kopf getragen ist. Darüber hinaus ist der am Kopf tragbare Schallerzeuger entweder mit einer Eingangsschnittstelle oder einem Signalprozessor versehen, wobei der Signalprozessor integriert in den Kopfhörer ausgeführt ist oder separat ausgeführt ist, wie beispielsweise innerhalb eines Mobiltelefons oder eines anderen mobilen Geräts, wie es beim Element 300 dargestellt ist. Der Ausgang des Elements 300 stellt somit unabhängig davon, ob das Element 300 als Eingangsschnittstelle ausgebildet ist oder als kompletter Signalprozessor 300 ausgebildet ist, die Ansteuersignale 301 für den ersten Schallwandler, 302 für den zweiten Schallwandler, 303 für den dritten Schallwandler und 304 für den vierten Schallwandler bereit. Damit erhalten die unterschiedlichen Schallwandler in einem Schallerzeugerelement 100 beziehungsweise 200 voneinander unterschiedliche Signale, welche bei einer bevorzugten Implementierung zueinander phasenverschoben sind und Spektralanteile in einem Frequenzbereich vorzugsweise zwischen 500 und 15.000 Hz aufweisen, gegebenenfalls mit verschiedenen, aufgrund verzahnter Bandpassfilterstrukturen in den unterschiedlichen Signalpfaden gedämpften, verschachtelten Bändern. Vorzugsweise sind beide Signale dagegen im Hinblick auf ihre Leistung beziehungsweise Lautstärke in einem Schallerzeugerelement gleich. Dies stellt auch einen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, indem die Schallwandler, da sie nicht mehr nach Schallwandlern für translatorische Signale und Schallwandlern für rotatorische Signale getrennt sind, identisch ausgeführt werden können, was die effiziente Herstellung einerseits und die effiziente Anwendung andererseits sowohl im Hinblick auf den Tragekomfort als auch die Implementierung des Signalprozessors vereinfacht beziehungsweise verbessert.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Implementierung in 10 als Ohrhörer ausgebildet (ohne Verbindungssteg und beispielsweise in einem Hörgerät), wobei zumindest einer und vorzugsweise alle vier Schallwandler als Balanced-Armature-Wandler, als MEMS-Wandler oder als dynamischer Wandler ausgebildet ist bzw. sind, wobei jeder Wandler ferner einen getrennten Schallausgang aufweist, um den Schall gemäß seiner Schallemissionsrichtung ins Ohr zu richten, wobei die Schallemissionsrichtung von jedem Schallwandler gleich ist, beziehungsweise um höchstens 30° unterschiedlich ist bzw. um höchstens.
Bei der Implementierung als Kopfhörer ist jedes Schallerzeugerelement als Kopfhörerkammer ausgebildet, die entweder eine komplett geschlossene oder eine offene Kopfhörerkammer sein kann, welche durch den Verbindungssteg 600 miteinander mechanisch verbunden sind, damit der Kopfhörer gut und bequem an dem Kopf eines Individuums getragen werden kann.
Vorzugsweise ist zumindest einer und jedoch bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen jeder Schallwandler in jedem Schallerzeugerelement als Kopfhörerkapsel ausgebildet, wobei jede Kopfhörerkapsel dieselbe Größe aufweist, wobei ein Durchmesser einer Kopfhörerkapsel kleiner als 4 cm ist.
11 zeigt eine bevorzugte Implementierung des Signalprozessors 300, der schematisch in 10 gezeigt ist. Der Signalprozessor enthält eingangsseitig ein linkes Kopfhörersignal 306 und ein rechtes Kopfhörersignal 308 über die entsprechenden Eingänge L und R. Ferner ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung für jede Seite ein eigenes Verzweigungselement, d.h. ein erstes Verzweigungselement 326 (für den linken Zweig) und ein zweites Verzweigungselement 346 (für den rechten Zweig) vorgesehen. Jedes Verzweigungselement verzweigt den eingangsseitigen einzelnen Signalpfad, also das linke Signal beispielsweise in einen ersten ausgangsseitigen Signalpfad 321, der das Ansteuersignal für den ersten Schallwandler liefert, und in einen ausgangsseitigen zweiten Signalpfad, der das Ansteuersignal 302 für den zweiten Signalwandler liefert. Ferner ist der Signalprozessor 300 ausgebildet, um für die Erzeugung der Ansteuersignale 303 und 304 für den dritten Schallwandler 210 von 10 beziehungsweise den vierten Schallwandler 220 von 10 wieder mit einem Verzweigungselement 346 aufzuweisen, das ausgangsseitig in einen dritten Signalpfad 351 und einen vierten Signalpfad 361 mündet.
Darüber hinaus umfasst der Signalprozessor bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einen Seite-Signal-Erzeuger 370, der sowohl das Eingangssignal des ersten Kanals 306 als auch das Eingangssignal des zweiten Kanals 308 empfängt und ausgangsseitig ein Seite-Signal liefert und in das jeweilige Verzweigungselement 326 beziehungsweise 346 einspeist oder alternativ oder zusätzlich in die jeweiligen Signalpfade einspeist. Das Seite-Signal für den linken Kanal kann um 180° verschoben sein bezüglich des Seite-Signals für den rechten Kanal. Ferner ist jeder Signalpfad ausgebildet, um zusätzlich zum Ausgangssignal des Verzweigungselements auch das ursprüngliche Eingangssignal über Umwegleitungen 323a, 323b für den linken Kanal beziehungsweise Umwegleitungen 343a und 343b für den rechten Kanal zu erhalten. Jeder Signalwandler erhält somit ein Ansteuersignal, das aus dem ursprünglichen linken beziehungsweise rechten Kanal besteht und zusätzlich noch ein Signal aufweist, das vom Verzweigungselement stammt. Ferner kann je nach Implementierung das Signal im Signalpfad, also das „kombinierte“ Signal noch weiter verarbeitet werden, und zwar für die beiden Signalpfade unterschiedlich, wie beispielsweise durch verschiedene zueinander verzahnte Filterbänke, also dass das Signal für einen Schallwandler in einer Kopfhörerkammer und das Signal für den anderen Schallwandler in der Kopfhörerkammer voneinander unterschiedliche Frequenzbereiche haben, die jedoch zusammen aufgrund der vorherigen Signalverarbeitung einen hervorragenden Klang ergeben. Ferner ist in der Figur der steuerbare Verstärker 1030, der mit dem Einstellwert 1035 eingestellt wird, nicht ausdrücklich eingezeichnet, aber im Seite-Signal-Erzeuger 370 untergebracht. Der Verstärker verstärkt das Gegentaktsignal, um das Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
12 zeigt eine bevorzugte Implementierung des Verzweigungselements 326 oder des Verzweigungselements 346 von 11. Jedes Verzweigungselement kann eingangsseitig einen variablen Verstärker 326a aufweisen. Ferner ist ein Addierer 326b vorgesehen, über den ein Seite-Signal hinzuaddiert werden kann, oder alternativ ein anderes dekorreliertes Signal oder, falls vorhanden, das eigens aufgenommene und verarbeitete Rotationssignal, wobei dann über den linken Eingang und den rechten Eingang die Translationssignale eingespeist werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die variablen Verstärker 326a, 326b nicht unbedingt vorhanden sein müssen. Stattdessen kann auch nur ein einziger Verstärker oder kein Verstärker vorgesehen sein, oder es können die Verstärker sogar ausgangsseitig nach oder vor dem Phasenschieber, also nach dem Verzweigungselement 326g vorhanden sein, um denselben Effekt zu erhalten, jedoch mittels des doppelten Aufwands, im Vergleich zu der Implementierung des variablen Verstärkers 326c vor dem Verzweigungspunkt 326g.
13 zeigt eine Implementierung des Verzweigungselements von 12 mit Addierer 326b und Phasenverschiebungen von +/- 90° in den Phasenschieberelementen 326e, 326f. Darüber hinaus ist der Seite-Signal-Erzeuger 370 so ausgebildet, dass er für den linken Bereich, also die beiden Signalpfade 321, 341 das Seite-Signal als (L-R) berechnet, was durch den 180°-Phasenschieber 372 und den Addierer 371 in 13 dargestellt ist. Ferner wird für die beiden Signalpfade 351, 361 für den rechten Signalverarbeitungsblock ein weiteres Seite-Signal erzeugt, nämlich das Signal (R-L), was wiederum durch die beiden Blöcke 374 (180°-Phasenverschiebung) und 373 (Addierer) erreicht wird. Darüber hinaus ist in 13 eingezeichnet, dass das entsprechende Seite-Signal noch variabel verstärkt/gedämpft werden kann, wie es durch die variablen Verstärkungsglieder 375, 376 dargestellt ist. Je nach Implementierung wird das entsprechende Seite-Signal in das Verzweigungselement über den Addierer 326b hinzuaddiert, der vor dem Verzweigungspunkt 326g angeordnet ist. Alternativ könnten jedoch auch zwei Addierer 326b nach dem Verzweigungspunkt 326g im oberen Zweig und im unteren Zweig vorgesehen sein. Darüber hinaus zeigt 13 auch die zusätzliche Einkopplung des unveränderten linken Kanals über die Addierer 322, 342 im linken Signalverarbeitungsblock und die entsprechenden Addierer im rechten Signalverarbeitungsblock unten in 13. Ferner ist in der Figur der steuerbare Verstärker 1030 bzw. dessen beiden Einzelverstärker 1031 und 1032, die mit dem Einstellwert 1035 eingestellt werden, gezeigt. Die Verstärker verstärken das jeweilige Gegentaktsignal, um das jeweilige Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
Nachfolgend wird auf bestimmte Einstellungszustände der Ausführungsform von 13 eingegangen. Je nach Einstellung des Verstärkers 326a und des Verstärkers 375, beziehungsweise 376, kann der Anteil des Seite-Signals, das durch die verzahnten Filterbänke gefiltert wird, groß oder klein gemacht werden. Wird der Verstärker 326a auf starke Dämpfung gestellt und der Verstärker 375 auf Verstärkung, so befindet sich am Ausgang des Addierers 326b hauptsächlich das Seite-Signal, das durch die Phasenschieber 326b, 326f und die Filterbänke 320, 340 bearbeitet wird und dann dem ursprünglichen linken Signal beispielsweise durch die Addierer 322, 342 aufgeprägt wird. Dann sind die beiden Signale, die durch die beiden nebeneinander angeordneten Schallwandler 110, 120 ausgegeben werden, relativ stark unterschiedlich. Sie haben zwar den gemeinsamen Teil, der über die Zweige 323a, 323b geliefert wird, unterscheiden sich jedoch in dem Seite-Signal, das im Vergleich zum linken Kanal beispielsweise verstärkt ist. Wird dagegen der Verstärker 326a auf relativ hohe Verstärkung und der Verstärker 375 auf relativ niedrige Verstärkung eingestellt, so wird der Anteil des interdigital gefilterten Seite-Signals im Ansteuersignal 301, 302 relativ gering sein, so dass durch die beiden Schallwandler 110, 120 nahezu dasselbe Signal ausgegeben wird. Je nach Anwendungsform und entsprechender Situation und entsprechendem Kopfhörer beziehungsweise Ohrhörer kann damit durch die entsprechenden Elemente aufgrund der hohen Flexibilität der vorliegenden Erfindung eine optimale Einstellung gefunden werden, die beispielsweise empirisch durch Hörtests für bestimmtes Tonmaterial gefunden werden kann und je nach Anwendungsform automatisch oder manuell einprogrammiert beziehungsweise umprogrammiert werden kann.
Nachfolgend wird bezugnehmend auf die 14 bis 16 eine Implementierung für die Erzeugung der Ansteuersignale für die einzelnen Lautsprecher bzw. Lautsprechersysteme dargestellt, wobei im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen unterschiedlich ausgebildete Lautsprecher eingesetzt werden, um den translatorischen und den rotatorischen Schall zu erzeugen. Solche Elemente sind in der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102021203640.6 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Einige derartige Systeme umfassen eine Implementierung eines Linearisierungsfilters. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die entsprechenden Verzögerungen oder Bandbreitenerweiterungs-Maßnahmen auch für die Lautsprecher bzw. Schallwandler eingesetzt werden können, die eine Kombination aus einem verstärkten Gegentaktsignal und einem entsprechenden Gleichtaktsignal erhalten. Es sei daher darauf hingewiesen, dass das verstärkte Gegentaktsignal, das die Basis für ein Ansteuersignal liefert, wie es anhand von 1 bei 1036, 72 dargestellt worden ist, oder das die entsprechenden verstärkten Gegentaktsignale 1036, 1037, die an der Gegentaktsignal-Einspeisung für einen Kanal und an der Gegentaktsignal-Einspeisung für einen anderen Kanal vorliegen, in entsprechende Systeme, wie sie in den beschrieben Figuren dargestellt worden sind, an den entsprechenden Stellen einspeisbar sind, unabhängig davon, ob am Ende separate Lautsprecher für die Erzeugung des translatorischen Schalls und des rotatorischen Schalls eingesetzt werden, oder ob Schallwandler eingesetzt werden, die jeweils ein kombiniertes Gleichtakt-/Gegentaktsignal erhalten und durch ihre Zusammenwirkung den translatorischen Schall und den rotatorischen Schall erzeugen.
14 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten Ansteuersignals 411 für einen ersten Wandler und eines zweiten Ansteuersignals 412 für einen zweiten Wandler. Die Vorrichtung umfasst eine Eingangsschnittstelle 100 zum Liefern eines ersten Audiosignals 111 für einen ersten Audiokanal und eines zweiten Audiosignals für einen zweiten Audiokanal. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Signalkombinierer 200 zum Ermitteln eines Kombinationssignals aus dem ersten Audiosignal 111 und dem zweiten Audiosignal 112, das eine näherungsweise Differenz des ersten Audiosignals 111 und des zweiten Audiosignals 112 umfasst. Dieses Kombinationssignal ist bei 211 gezeigt.
Der Signalkombinierer ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ferner ausgebildet, um ein weiteres Kombinationssignal 212 zu erzeugen, das ebenfalls eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Audiosignal darstellt und von dem ersten Audiosignal und dem zweiten Audiosignal oder von dem ersten Kombinationssignal 211 abgeleitet ist. Bei Ausführungsbeispielen unterscheidet sich das zweite Kombinationssignal 212 von dem ersten Kombinationssignal 211 und ist insbesondere um 180 Grad unterschiedlich, also hat ein entgegengesetztes Vorzeichen. Ferner ist in der Figur der steuerbare Verstärker 1030, der mit dem Einstellwert 1035 eingestellt wird, nicht ausdrücklich eingezeichnet, aber in dem Element 200 enthalten. Der Verstärker verstärkt das Gegentaktsignal, also das „kombinierte Signal“, um das Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
Das Kombinationssignal 211 wird ebenso wie das vorzugsweise verwendete weitere Kombinationssignal 212 jeweils einem Signalmanipulator 300 zugeführt, der ausgebildet ist, um das Kombinationssignal zu manipulieren, um daraus ein manipuliertes Kombinationssignal zu erhalten, das bei 311 dargestellt ist und dem zweiten Ansteuersignal 412 entspricht. Das zweite Ansteuersignal 412 wird somit bei speziellen Ausführungsbeispielen unter Verwendung der Ausgangsschnittstelle 400 vom Signalmanipulator übermittelt und durch die Ausgangsschnittstelle ausgegeben oder gespeichert. Ferner ist die Ausgangsschnittstelle ausgebildet, um zusätzlich zum zweiten Ansteuersignal für den zweiten Wandler auch das erste Ansteuersignal 411 für den ersten Wandler auszugeben. Das erste Ansteuersignal 411 wird von der Ausgangsschnittstelle direkt von der Eingangsschnittstelle erhalten und entspricht dem ersten Audiosignal 111, oder wird durch die Ausgangsschnittstelle 400 von dem ersten Audiosignal abgeleitet, wie beispielsweise unter Verwendung einer Bandbreiten-Erweiterungsstufe d.h. eines Spectral Enhancers, welcher später noch dargestellt wird.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Signalmanipulator 300 ausgebildet, um das Kombinationssignal zu verzögern, also in eine Verzögerungsstufe einzuspeisen, oder um das Kombinationssignal frequenzselektiv zu verstärken oder zu dämpfen, also in ein Linearisierungsfilter einzuspeisen, um einer nichtlinearen Wandlercharakteristik über der Frequenz des zweiten Wandlers zumindest teilweise entgegenzuwirken.
Alternativ oder zusätzlich ist die Ausgangsschnittstelle ausgebildet, um das erste Audiosignal 111 in eine Bandbreiten-Erweiterungsstufe einzuspeisen, um das erste Ausgangssignal 411 zu erhalten. Die Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten Ansteuersignals 411 und eines zweiten Ansteuersignals 412 umfasst daher drei Aspekte, die zusammen oder voneinander unabhängig eingesetzt werden können.
Der erste Aspekt besteht darin, dass das manipulierte Signal unter Verwendung einer Verzögerung aus dem Kombinationssignal erzeugt worden ist, wobei der Haas-Effekt ausgenutzt wird.
Der zweite Aspekt besteht darin, dass der Signalmanipulator 300 das Linearisierungsfilter verwendet, um ein stark nichtlinearen Frequenzgang des „rotatorischen“ Wandlers im Sinne eine „Vorverzerrung“ zumindest teilweise zu kompensieren.
Der dritte Aspekt besteht darin, dass der Signalmanipulator irgendeine andere Art einer Manipulation durchführt, wie beispielsweise eine Dämpfung oder eine Hochpassfilterung oder einer anderen Verarbeitung, wobei die Ausgangsschnittstelle eine Bandbreiten-Erweiterung für das erste Audiosignal durchführt.
Diese Bandbreiten-Erweiterung unter Verwendung einer Bandbreiten-Erweiterungsstufe ist dahingehend besonders, dass zumindest ein Teil eines Spektrums des ersten Audiosignals in einen Frequenzbereich über 20 kHz unter Verwendung eines Verstärkungsfaktors größer als 1 oder gleich 1, also ohne Verstärkung, umgesetzt wird, um das erste Ansteuersignal zu erhalten, das den Frequenzbereich über 20 kHz umfasst. Im Gegensatz zu einer konventionellen Bandbreiten-Erweiterung, die typischerweise ausgebildet ist, um ein auf vielleicht 4 oder 8 kHz bandbegrenztes Signal in einen Frequenzbereich bis zu vielleicht 16 oder 20 kHz zu erweitern, wobei ferner eine Dämpfung eingesetzt wird, um eine abfallende Leistungscharakteristik eines Audiosignals zu synthetisieren, ist die erfindungsgemäße Bandbreiten-Erweiterung dahingehend unterschiedlich, dass für einen Frequenzbereich über 20 kHz Spektralwerte ermittelt werden, also für den unhörbaren Bereich, und dass ferner dieser Spektralbereich nicht gedämpft wird, sondern mit einem Verstärkungsfaktor größer als 1 oder gleich 1 umgesetzt wird, um in den nicht-hörbaren Spektralbereich Signalenergie zu bringen, welche dann über die Membranen der entsprechenden Wandler abgestrahlt werden, um ein hochqualitatives Audiosignalerlebnis zu schaffen. Dieses Audiosignalerlebnis besteht darin, dass durch Schallenergie im nicht-hörbaren Bereich die Luft, die ja die Schallenergie im hörbaren Bereich überträgt, gewissermaßen „konditioniert“ wird, so dass bestimmte sehr oberwellenreiche Signale trotz großer Entfernung deutlich hörbar sind, wie beispielsweise der Papageienschrei im Urwald oder eine Triangel in einem Orchester.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen werden alle drei Aspekte implementiert, wie es später dargestellt wird. Es kann jedoch auch nur ein Aspekt der drei Aspekte implementiert sein, oder nur zwei beliebige Aspekte der drei Aspekte.
Vorzugweise stellen das erste Eingangssignal 102 und das zweite Eingangssignal 104, welche in die Eingangsschnittstelle 100 eingegeben werden, einen linken Audiokanal und einen rechten Audiokanal dar. Das erste Audiosignal 411 und das zweite Audiosignal 412 stellen dann die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Wandler dar, die auf der linken Seite bezüglich einer Zuhörposition platziert sind. Die Vorrichtung zum Erzeugen ist dann ferner ausgebildet, um auch für die rechte Seite die Ansteuersignale zu erzeugen, also das dritte Ansteuersignal 413 für einen dritten Wandler und das vierte Ansteuersignal 414 für den vierten Wandler. Das dritte Ansteuersignal 413 wird analog zum ersten Ansteuersignal 411 gebildet, und das vierte Ansteuersignal 414 wird analog zum zweiten Ansteuersignal 412 gebildet. Das erste Ansteuersignal 411 und das dritte Ansteuersignal 413 werden also konventionellen translatorischen Wandlern zugeführt, und die Ansteuersignale 412 und 414 werden „rotatorischen“ Wandlern zugeführt, also Wandlern, die ein Schallfeld mit rotierenden Schallschnelle-Vektoren emittieren, wie es noch Bezug nehmend auf 16 dargestellt wird.
15a zeigt eine bevorzugte Implementierung des Signalmanipulators 300, um aus dem Kombinationssignal 211 das zweite Ansteuersignal 311/412 zu berechnen. Ferner zeigt 15a auch die Implementierung des Signalmanipulators 300, um aus dem weiteren Kombinationssignal 212 das vierte Ansteuersignal 312 bzw. 414 zu erzeugen. Zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignals umfasst der Signalkombinierer bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ein variables Dämpfungsglied 301, eine Verzögerungsstufe 302, und ein Linearisierungsfilter 303. Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Blöcke 301, 302, 303 beliebig ist. So kann auch ein einziges Element vorhanden sein, welches die Funktionalitäten des Linearisierungsfilters, der Verzögerung und der Dämpfung vereinigt. Die Dämpfung kann eingestellt werden, oder wird auf einen vordefinierten Werte festgelegt, die zwischen 3 und 20 dB, vorzugsweise zwischen 6 und 12 dB und z. B. bei 10 dB liegt.
Analog ist der Signalmanipulator 300 ausgebildet, um das weitere Kombinationssignal 212 einer Dämpfung durch eine Dämpfungsstufe 321 zu unterziehen, eine Verzögerung 322 zu unterziehen und in ein Linearisierungsfilter 323 einzuspeisen. Alle drei Elemente können auch in einem einzigen Filter integriert sein, das die konstante Dämpfung typischerweise über den gesamten Frequenzbereich, die Verzögerung, die ebenfalls über den gesamten Frequenzbereich konstant ist, und ein Linearisierungsfilter implementiert, welches zumindest frequenzselektiv dämpft bzw. verstärkt. Es sei darauf hingewiesen, dass auch nur ein Teilsatz der Elemente, also nur z. B. eine Dämpfung und eine Linearisierung ohne Verzögerung, oder nur eine Verzögerung ohne Dämpfung und Linearisierung, oder nur eine Dämpfung ohne Verzögerung und Linearisierung eingesetzt werden können. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird alle drei Aspekte umgesetzt.
Für die Verzögerung wird insbesondere eine Verzögerung eingesetzt, die so groß ist, dass zwischen dem nicht-verzögerten Signal, das durch das erste Ansteuersignal 411 gegeben ist, und dem zweiten Ansteuersignal, das der Verzögerung unterworfen worden ist, ein Präzedenz-Effekt bzw. ein Haas-Effekt bzw. ein Effekt der ersten Wellenfront eintritt. Das Signal für den rotatorischen Wandler, also das zweite Ansteuersignal 412 ist so verzögert, dass eine Zuhörerin oder ein Zuhörer zunächst die Wellenfront aufgrund des ersten Ansteuersignals 411 wahrnimmt und daher eine Lokalisierung des linken Kanals vornimmt. Die rotatorische Komponente, die für die Audioqualität wesentlich ist, jedoch keine besondere Information bezüglich der Lokalisierung umfasst, wird dann etwas später wahrgenommen, und wird aufgrund des Haas-Effekts nicht als eigenes Signal wahrgenommen. Nützliche Verzögerungswerte für die Verzögerungsstufe 302 bzw. 322 liegen vorzugsweise zwischen 10 und 40 ms und besonders bevorzugt zwischen 25 ms und 35 ms und insbesondere bei 30 ms.
15b zeigt eine bevorzugte Implementierung des Signalkombinierers 200, um eine näherungsweise Differenz zu berechnen, die durch das Kombinationssignal 211 bzw. das weitere Kombinationssignal 212 dargestellt wird. Zu diesem Zweck umfasst der Signalkombinierer 200 einen Phasenschieber 201, ein nachgeschaltetes Dämpfungsglied 202 und einen Addierer 203. Ferner wird das erste Audiosignal 111 und das zweite Audiosignal 112 verwendet. Das erste Audiosignal 111 wird durch den Phasenschieber 201 phasenverschoben und je nach Einstellung des Dämpfungsglieds 202 gedämpft und dann mit dem ersten Audiosignal 112 addiert, um das weitere Kombinationssignal 212 zu erhalten. Darüber hinaus umfasst der Signalkombinierer 200 einen weiteren Addierer 223, einen weiteren Phasenschieber 221 und ein weiteres Dämpfungsglied 222, wobei das zweite Audiosignal 112 durch den Phasenschieber 221 phasenverschoben wird und das phasenverschobene Signal gegebenenfalls gedämpft wird und dann mit dem ersten Audiosignal 111 kombiniert wird. Führen die Phasenschieber 201 bzw. 221 eine Phasenverschiebung um 180 Grad durch, was bevorzugt wird, und sind die Dämpfungsglieder 202, 222 so eingestellt, dass die Dämpfung gleich null ist, sind diese Potentiometer also „voll aufgedreht“, so ist das Kombinationssignal 211 das Ergebnis der Subtraktion des zweiten Audiosignals 112 vom ersten Audiosignal 111, also wenn das erste Audiosignal 111 der linke Kanal ist und das rechte Audiosignal 112 der rechte Kanal ist, dann ist das Kombinationssignal 211 gleich L - R. Analog hierzu ist das weitere Kombinationssignal 212 gleich R - L in diesem Beispiel. Ferner sind in der Figur die steuerbaren Verstärker 1031, 1032, die mit dem Einstellwert 1035 eingestellt werden, gezeigt. Die Verstärker verstärken das jeweilige Gegentaktsignal, um das jeweilige Ausgangssignal zu erhalten, das durch die Verstärkung oder Dämpfung des jeweiligen Gegentaktsignals gemäß dem Einstellwert erhalten worden ist.
Die Implementierung einer 180-Grad-Phasenverschiebung ist besonders einfach zu erreichen, indem ein entsprechender Stecker, der das Audiosignal trägt, „verkehrt herum“ eingesteckt wird. Verschiedene Phasenverschiebungen unterschiedlich von 180 Grad, also in einem Bereich von 150 bis 210 Grad vorzugsweise können durch richtige Phasenschieberelemente erreicht werden und können in bestimmten Implementierungen von Vorteil sein. Dasselbe gilt für bestimmte Dämpfungseinstellungen der Dämpfungsglieder 202, 222, durch die je nach Implementierung eine Beeinflussung des Kombinationssignals erreicht werden kann, dahingehend dass bei der Differenzbildung das Signal, das subtrahiert wird, im Vergleich zu dem Signal, von dem subtrahiert wird, gedämpft wird. Damit kann ein Subtraktionsfaktor x zwischen null und 1 gebildet werden, wie er in 16 noch erläutert wird.
15b zeigt ferner zusätzlich zu einer speziellen Implementierung des Signalkombinierers 200 eine bevorzugte Ausführungsform der Bandbreiten-Erweiterung des translatorischen Signals, wobei diese Bandbreiten-Erweiterung in der Ausgangsschnittstelle 400 vorzugsweise durchgeführt wird. Zu diesem Zweck umfasst die Ausgangsschnittstelle 400 eine erste Bandbreiten-Erweiterungsstufe 402 und eine zweite Bandbreiten-Erweiterungsstufe 404. Die erste Bandbreiten-Erweiterungsstufe 402 ist ausgebildet, um das erste Audiosignal 111 einer Bandbreiten-Erweiterung in dem nicht-hörbaren Bereich über 20 kHz zu unterziehen, während die Bandbreiten-Erweiterungsstufe 404 ausgebildet ist, um das zweite Audiosignal, also beispielsweise den rechten Kanal ebenfalls einer Bandbreiten-Erweiterung in dem nicht-hörbaren Bereich über 20 kHz zu unterziehen.
Das Ergebnis der Bandbreiten-Erweiterung ist dann das erste Audiosignal für den ersten Wandler, also den translatorischen Wandler z. B. auf der linken Seite bezüglich einer Zuhörposition, und das dritte Ansteuersignal, das am Ausgang der Bandbreiten-Erweiterungsstufe 404 erhalten wird, ist das Ansteuersignal für den translatorischen Wandler auf der rechten Seite bezüglich der Zuhörposition. Beide Ansteuersignale 411, 413 sind nunmehr im Gegensatz zu den Audiosignalen 111, 112 auch mit Signalenergie bei Frequenzen über 20 kHz versehen, wobei diese Signalanteile vorzugsweise bis 40 kHz und besonders bevorzugt sogar bis 80 kHz oder darüber in den Ansteuersignalen vorhanden sind.
Obgleich 15b eine Implementierung zeigt, bei der lediglich eine Bandbreiten-Erweiterung mit dem translatorischen Signal durchgeführt wird, kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch eine Bandbreiten-Erweiterung mit dem rotatorischen Signal durchgeführt werden. Alternativ zu den Bandbreiten-Erweiterungsstufen 304, 324 könnte auch eine Bandbreiten-Erweiterung in der Eingangsschnittstelle 100 vorgesehen werden. Zu diesem Zweck ist eine Bandbreiten-Erweiterungsstufe 121 für ein erstes Eingangssignal 102 vorgesehen, um aus dem ersten Eingangssignal 102 das erste Audiosignal 111 zu erzeugen. Ferner ist die Eingangsschnittstelle 100 vorgesehen, um aus dem zweiten Eingangssignal 104 das zweite Audiosignal 112 zu erzeugen. Diese beiden Audiosignale haben nun jedoch im Gegensatz zur Implementierung von 15b einen Frequenzbereich, der weit über 20 kHz hinausgeht. Wird die Bandbreiten-Erweiterung bereits in der Eingangsschnittstelle vorgenommen, so sind weitere Bandbreiten-Erweiterungen in der Ausgangsschnittstelle 400, wie es in 15b dargestellt worden ist, oder in den Signalmanipuliererelementen 300a, 300b nicht nötig, da bereits alle Signale in der nachfolgenden Signalverarbeitung eine hohe Brandbreite haben. Es wird jedoch, aufgrund der Effizienz der Verarbeitung eine Implementierung, wie es in 15b dargestellt worden ist, bevorzugt, bei der lediglich die Ansteuersignale für die translatorischen Wandler, also das erste Ansteuersignal 411 und das dritte Ansteuersignal 413 der Bandbreiten-Erweiterung unterzogen werden, da die hohen Frequenzen besonders für die Ausbreitung von Bedeutung sind. Daher können alle anderen Verarbeitungsstufen in der Eingangsschnittstelle, im Signalkombinierer und im Signalmanipulator mit dem bandbegrenzten Signal durchgeführt werden, was Verarbeitungsressourcen spart, weil alle Elemente außer den Bandbreiten-Erweiterungsstufen 402, 404 in 15b mit bandbegrenzten Signalen arbeiten können.
Die Bandbreiten-Erweiterungsstufe ist ausgebildet, um eine Bandbreiten-Erweiterung über den Bereich von 20 kHz, also in den nicht-hörbaren Bereich zu erzeugen, welcher z. B. bis 80 kHz geht. Hierzu wird vorzugsweise eine harmonische Bandbreiten-Erweiterung vorgenommen, wobei jede Frequenz im Bereich zwischen 10 und 20 kHz des Audiosignals beispielsweise mit dem Faktor 2 multipliziert wird, um einen Frequenzbereich zwischen 20 kHz und 40 kHz zu erzeugen. Ferner wird vorzugsweise in der Bandbreiten-Erweiterungsstufe eine Verstärkung mittels eines Verstärkungsglieds vorgenommen, das eine Verstärkung größer als 1 implementiert. Die harmonische Bandbreiten-Erweiterungseinheit zusammen mit dem Verstärker erzeugt somit einen Signalanteil in dem entsprechenden Audiosignal, der zwischen 20 und 40 kHz liegt und sogar eine größere Signalenergie hat als der Bereich aus dem Basisband, der zwischen 10 und 20 kHz liegt. Um einen noch höheren Bereich zwischen 40 kHz und 80 kHz zu bekommen, ist ein weiterer Transponierer vorgesehen, der die Frequenzen jeweils mit 4 multipliziert, wobei das Ausgangssignal wieder mit einem Verstärkungsfaktor größer 1 vorzugsweise multipliziert wird, wobei dieser Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor größer 1 ausgebildet ist. Obgleich auch Transpositionsfaktoren, die ungeradzahlig sind, also die gleich 1, 3, 5 und 7 betragen können, prinzipiell eingesetzt werden können, hat sich gezeigt, dass geradzahlige Transpositionsfaktoren einen realistischeren Audiosignaleindruck erzeugen. Darüber hinaus kann je nach Implementierung das Basisband nicht gedämpft und verstärkt werden, also so genommen werden, wie es ist. Da jedoch Lautsprecher typischerweise bei Frequenzen über 20 kHz eine geringere bzw. mit höheren Frequenzen abnehmende Wandlereffizienz haben, wird diese geringere bzw. abnehmende Wandlereffizienz mit einem verstärkten transponierten Spektralbereich ausgeglichen. Daher wird es auch bevorzugt, dass der Verstärker für den Bereich zwischen 40 und 80 kHz mehr verstärkt als der Verstärker für den Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz. Eine zweite Implementierung der Bandbreitenerweiterung, die aufgrund der Technik des „mirroring“, also des Spiegeln des transponierten Spektralbereichs an der Cross-Over-Frequenz (Übergangsfrequenz) arbeitet, kann ebenfalls eingesetzt werden. Diese ist dahingehend vorteilhaft, dass bei einem nicht-konstanten Signalverlauf im Basisband an der Transpositionsstelle, also bei 20 kHz dann, wenn ein Verstärkungsfaktor von 1 verwendet wird, keine Diskontinuität entsteht. Das Mirroring bzw. Upsampling kann ohne weiteres im Zeitbereich durchgeführt werden, indem in ein Audiosignal zwischen zwei Abtastwerten eine bzw. mehrere Nullen als zusätzliche Abtastwerte eingefügt werden. Wird verstärkt, entsteht nur eine kleine Diskontinuität. Diese Diskontinuität kann einfach belassen werden oder, falls nötig, gedämpft werden, indem in einem bestimmten spektralen Übergangsbereich Mittelwerte für die Verstärkungsfaktoren verwendet werden.
16 zeigt ein Lautsprechersystem, das einen ersten Wandler 521 für das erste Ansteuersignal 411 und einen zweiten Wandler 522a, 522b für das zweite Ansteuersignal 412 umfasst. Ferner weist das Lautsprechersystem auch einen dritten Wandler 523 für das dritte Ansteuersignal 413 und einen vierten Wandler 524a, 524b für das vierte Ansteuersignal 414 auf. Alle Ansteuersignale können durch jeweilige Verstärker 501, 502, 503, 504 verstärkt werden, und zwar so, wie es beispielsweise von einer Benutzerschnittstelle über eine Lautstärkeregelung eingegeben wird. Die Wandler 521, 523 stellen die translatorischen und gewissermaßen konventionellen Wandler dar, die sich jedoch im Vergleich zu normalen Wandlern dadurch auszeichnen, dass sie auch im Bereich über 20 kHz Schallenergie ausgeben können, wobei sie vorzugsweise bis 80 kHz oder darüber hinaus emittieren sollen. Die nachlassende Effizienz bei höheren Frequenzen wird durch die Verstärkung aufgrund der Verstärkungsglieder 407, 408 ausgeglichen.
Die rotatorischen Wandler 522a, 522b beispielsweise oder 524a, 524b beispielsweise sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 16 dargestellt ist, so implementiert, dass die Wandler jeweils zwei Einzelwandler mit einer Vorderseite und einer Rückseite umfassen, wobei die beiden Vorderseiten, wie es in 16 dargestellt ist, zueinander gerichtet sind. Zwischen den Vorderseiten, also zwischen den Membranen kann kein Abstand oder nur ein geringer Abstand sein, so dass sich die Membranen auslenken können und in dem Zwischenbereich zwischen den Membranen einen Schall erzeugen, welcher entlang den Rändern der Membranen als Rotation austreten kann. Ein solcher Wandler hat eine sehr gute Effizienz bei der Erzeugung von rotierendem Schall, also einem Schallfeld mit rotierenden Schallschnelle-Vektoren. Allerdings ist der Frequenzgang stark nichtlinear. Daher wird der Linearisierungsfilter 303, 323 vorgesehen, um gewissermaßen über eine „Vorverzerrung“ ein Signal zu erzeugen, dass dann, wenn es durch den nicht-linearen Frequenzgang des Wandlers 522a, 522b bzw. 524a, 524b ausgegeben wird, eine relativ lineare Übertragungs- bzw. Signalcharakteristik hat.
Es hat sich herausgestellt, dass stark überhöhte Frequenzbereiche im Rotationssignal eher störend wirken, während Einschnitte im Rotationssignal bei bestimmten Tönen, die dazu führen, dass bestimmte Töne im Rotationssignal gewissermaßen „ausgeblendet“ sind, nicht störend empfunden werden. Daher kann darauf verzichtet werden, die Einbrüche im Frequenzgang der Lautsprecher. Damit wird auch gleichzeitig vermieden, dass durch starke Verstärkungsfaktoren bei bestimmten Frequenzen ein im gedämpften Einbruch noch vorhandenes Signal, das auch ein Artefaktsignal sein kann, stark verstärkt werden. Erfindungsgemäß wird daher durch das ledigliche Abschneiden der Überhöhungen bzw. das zumindest teilweise Reduzieren der Überhöhungen und das „Belassen“ der Einbrüche ein besonders effizientes und hochqualitatives Mittel erreicht, um das entsprechende Ansteuersignal für den rotatorischen Schallwandler 522a, 522b bzw. 524a, 524b zu schaffen. Vorzugweise sind in den rotatorischen Schallwandlern noch entsprechende Phasenschieber 506, 508 eingebaut, die je nach Implementierung eine Phasenverschiebung von 180 Grad liefern und die jedoch auf andere Werte eingestellt werden können, die jedoch vorzugsweise zwischen 150 und 210 Grad liegen werden. Bezüglich 15b wird darauf hingewiesen, dass die Dämpfungsglieder 202, 222 eingestellt werden können, um eine nur näherungsweise Differenz zu erhalten. Dies ist in 16 bei „L - x • R“ und „R - x . L“ dargestellt. Wird das entsprechende Dämpfungsglied 202, 222 auf eine Dämpfung von null, also auf keine Dämpfung eingestellt, so ist der Faktor x in 1 6 gleich 1. Wird dagegen das Dämpfungsglied 202, 222 auf einen Faktor von halber Dämpfung eingestellt, so beträgt der Faktor x beispielsweise 0,5. Wird dagegen das Dämpfungsglied 202, 222 auf volle Dämpfung eingestellt, so findet keine Differenzbildung mehr statt, und der erste Wandler 522a, 522b emittiert nur das linke Signal. Es wird jedoch bevorzugt, eine Dämpfung des Dämpfungsglieds 202, 222 auf höchstens 0,25 einzustellen, damit das entsprechende Signal ein Differenzsignal bzw. Gegentaktsignal ist, obgleich der subtrahierte Kanal im Vergleich zum Kanal, von dem subtrahiert wird, amplituden- oder leistungs- oder energiemäßig reduziert ist.
In einer weiteren Implementierung ist die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Ansteuersignals und des zweiten Ansteuersignals und insbesondere auch zur Erzeugung des dritten und des vierten Ansteuersignals als Signalprozessor oder als Software implementiert, um z B. in einem mobilen Gerät, wie beispielsweise einem Mobiltelefon die Ansteuersignale für die einzelnen Lautsprecher zu erzeugen und dann über eine Drahtlosschnittstelle auszugeben. Alternativ dazu sind die Wandler, wie sie in 16 dargestellt sind, einschließlich der Verstärker 502 bis 504 zusammen mit der Vorrichtung, wie sie in 14 dargestellt ist, in einer Lautsprechereinheit implementiert, die zusätzlich den Wandler 521 und den Wandler 522a, 522b in einem speziellen Träger umfasst. Dann kann diese Lautsprechereinheit so wie sie ist, z. B. an eine linke Wiedergabeposition bezüglich einer Zuhörposition platziert werden. Dasselbe kann für eine andere Lautsprechereinheit, die die Elemente 523, 524a, 524b sowie den entsprechenden Teil der Vorrichtung zum Erzeugen der Ansteuersignale umfasst, ausgeführt werden, so dass eine Lautsprechereinheit für die rechte Position bezüglich einer definierten Zuhörposition geschaffen ist. Entsprechend können auch Lautsprechereinheiten für weitere Kanäle als die beiden Stereokanäle verwendet werden, wie beispielsweise für einen Center-Kanal, für einen Kanal links hinten, für einen Kanal rechts hinten im Falle eines 5.1-Systems. Im Falle eines höheren Systems können auch an entsprechenden weiteren Positionen, wie beispielsweise einem Decken-Lautsprecher ebenfalls ein Wandler für rotatorischen Schall und ein Wandler für translatorischen Schall eingesetzt werden, welche mit den separaten Ansteuersignalen angesteuert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet sich innerhalb eines mobilen Geräts, wie z. B. eines Mobiltelefons, eines Tablets, eines Notebooks, etc. Insbesondere ist die Ansteuervorrichtung bzw. die Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals zum Beispiel als Hardware-Element oder als App beziehungsweise als Programm auf dem Mobiltelefon geladen. Das Mobiltelefon ist ausgebildet, um von einer beliebigen Quelle, die lokal oder im Internet gelegen sein kann, das erste Audiosignal und das zweite Audiosignal oder Multikanalsignal zu empfangen und abhängig davon die Ansteuersignale zu erzeugen. Diese Signale werden vom Mobiltelefon auf den Schallerzeuger mit den Schallerzeugerelementen entweder kabelgebunden oder drahtlos zum Beispiel mittels Bluetooth oder WLAN übertragen. Im letzteren Fall ist es nötig, dass die Schallerzeugerelemente eine Batterieversorgung beziehungsweise allgemein eine Stromversorgung haben, um entsprechende Verstärkungen für die empfangenen drahtlosen Signale, beispielsweise nach dem Bluetooth-Format oder nach dem WLAN-Format zu erreichen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2692154 B1 [0003]
EP 2692144 B1 [0007]
EP 2692151 B1 [0008]
EP 3061262 B1 [0009]
EP 3061266 A0 [0010]
DE 102021203632 [0096]
DE 102021200552 [0125]
DE 102021203640 [0137]

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger, mit folgenden Merkmalen: einem Gegentaktsignalerzeuger (1010, 80) zum Erzeugen eines Gegentaktsignals (1011)aus einem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und einem zweiten Kanalsignal (1002, 308) eines Mehrkanalaudiosignals; einem steuerbaren Verstärker (1020) zum Verstärken oder Dämpfen des Gegentaktsignals (1011) mit einer einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung gemäß einem Einstellwert, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um das Ansteuersignal aus einem Ausgangssignal (1036, 72) des steuerbaren Verstärkers (1030) zu ermitteln; und einer Steuerung (1020) zum Bestimmen des Einstellwerts, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um einen Korrelationswert zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal zu bestimmen, wobei der Korrelationswert ein Maß für die Ähnlichkeit ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um eine normierte Kreuzkorrelationsfunktion aus dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal zu berechnen, wobei ein Wert der normierten Kreuzkorrelationsfunktion ein Maß für die Ähnlichkeit ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um einen Ähnlichkeitswert unter Verwendung einer Korrelationsfunktion zu berechnen, die einen Wertebereich von negativen und positiven Werten hat, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um für einen negativen Wert der Korrelationsfunktion den Einstellwert zu bestimmen, der entweder eine Dämpfung oder eine Verstärkung darstellt, und um für einen positiven Wert der Korrelationsfunktion den Einstellwert zu bestimmen, der das jeweils andere der Verstärkung oder der Dämpfung darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um für einen Korrelationswert von 0 den Einstellwert so zu bestimmen, dass eine Verstärkung, die dem Einstellwert entspricht, einen Verstärkungsfaktor zwischen 0,9 und 1,1 aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung ausgebildet ist, um einen quantitativen Ähnlichkeitswert zu berechnen, der in einem Wertebereich von möglichen Ähnlichkeitswerten liegt, und um aus dem quantitativen Ähnlichkeitswert gemäß einer Abbildungsfunktion (1000) den Einstellwert zu ermitteln, wobei die Abbildungsfunktion (1000) monoton verläuft, so dass für einen Ähnlichkeitswert, der eine niedrigere Ähnlichkeit darstellt, ein Einstellwert bestimmt wird, der eine kleinere Verstärkung liefert als für einen Einstellwert, der eine größere Ähnlichkeit darstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der steuerbare Verstärker (1030) einen Verstärkungsbereich aufweist, der zwischen wenigstens -6 dB und wenigstens +6 dB verläuft, und bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um einen Wertebereich für eine quantitativen Ähnlichkeitswert auf den Verstärkungsbereich abzubilden (1000), oder wobei die Steuerung (1020) ferner ausgebildet ist, um für Ähnlichkeitswerte, die wenigstens eine 90%ige Ähnlichkeit des ersten Kanalsignals und des zweiten Kanalsignals anzeigen, einen Einstellwert zu liefern, bei dem das Gleichtaktsignal (1011) mit einer reduzierten Verstärkung verstärkt wird, im Vergleich zu einer Verstärkung bei einer geringeren Ähnlichkeit als der 90%igen Identität zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um das Gegentaktsignal (1011) zu analysieren und bei einer ersten Amplituden-bezogenen Größe des Gegentaktsignals (1011) den ersten Einstellwert und bei einer zweiten Amplituden-bezogenen Größe des Gegentaktsignals (1011) den zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die ersten Amplituden-bezogene Größe größer ist als die zweite Amplituden-bezogene Größe.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gegentaktsignalerzeuger (1010, 80) ausgebildet ist, um das Gegentaktsignal durch Bilden einer Differenz (1015, 372, 1016, 374) zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Multikanal-Audiosignal ein linkes Kanalsignal und ein rechtes Kanalsignal aufweist, wobei der Gegentaktsignalerzeuger ausgebildet ist, um das Gegentaktsignal (1011) und ein weiteres Gegentaktsignal (1012) zu erzeugen, das von dem Gegentaktsignal (1011) unterschiedlich ist, wobei ein weiterer steuerbarer Verstärker (1032) ausgebildet ist, um das weitere Gegentaktsignal (1012) zu verstärken, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um dem weiteren steuerbaren Verstärker (1032) einen Einstellwert zu liefen, der eine gleiche Verstärkung oder Dämpfung des weiteren Gegentaktsignals (1012) im Vergleich zur Verstärkung oder Dämpfung des Gegentaktsignals (1011) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Gleichtaktsignalerzeuger (1250, 402, 404) zum Erzeugen eines ersten Gleichtaktsignals aus dem ersten Kanalsignal oder eines zweiten Gleichtaktsignals aus dem zweiten Kanalsignal, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zusätzlich unter Verwendung des ersten Gleichtaktsignal oder des zweiten Gleichtaktsignals zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Schallerzeuger einen ersten Lautsprecher (522a, 522b) für das verstärkte Gegentaktsignal (1036) und einen zweiten Lautsprecher (1402) umfasst, der unterschiedlich zu dem ersten Lautsprecher ausgebildet ist und für eine Ansteuerung mit dem Gleichtaktsignal vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Ausgangsschnittstelle (1300) aufweist, um das verstärkte Gegentaktsignal an den ersten Lautsprecher (522a, 522b) und um das Gleichtaktsignal (411) an den zweiten Lautsprecher (521) auszugeben, oder bei der der Schallerzeuger einen ersten Schallwandler (11, 110) und einen zweiten Schallwandler (12, 120) aufweist, und bei der die Vorrichtung einen Schallwandler-Signalerzeuger aufweist, der ausgebildet ist, um aus den Ausgangssignalen (1036, 1037) des steuerbaren Verstärkers und dem ersten Gleichtaktsignal oder dem zweiten Gleichtaktsignal ein erstes Ansteuersignal für den ersten Schallwandler und ein zweites Ansteuersignal für den zweiten Schallwandler zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Gleichtaktsignalerzeuger ausgebildet ist, um eine Brandbreitenerweiterung (402) des ersten Kanalsignals oder des zweiten Kanalsignals über einen Frequenzbereich größer als 20 kHz hinaus durchzuführen, oder bei der die Vorrichtung einen Gegentaktsignalmanipulierer (300) aufweist, um das verstärkte Gegentaktsignal (1036, 1037) zu verzögern oder vorzuverzerren, um eine Nichtlinearität des ersten oder zweiten Lautsprechers zumindest teilweise zu kompensieren, oder bei der der Schallwandler-Signalerzeuger ausgebildet ist, um die Ausgangssignale (1036, 1037) des steuerbaren Verstärkers (1030) auf eine erste Weise zu verarbeiten, um ein erstes verarbeitetes Gegentaktsignal aus dem Gegentaktsignal (1036) zu ermitteln, und um das Ausgangssignal (1036) des steuerbaren Verstärkers (1030) auf eine zweite Art und Weise zu verarbeiten, um ein weiteres verarbeitetes Gegentaktsignal aus dem verstärkten Gegentaktsignal (1036) zu ermitteln, wobei sich die zweite Weise von der ersten Weise unterscheidet, und um das erste verarbeitete Gegentaktsignal mit dem ersten Gleichtaktsignal zu kombinieren, um das Ansteuersignal (51) für den ersten Schallwandler zu erhalten, und um das zweite verarbeitete Gegentaktsignal mit dem ersten Gleichtaktsignal zu kombinieren (342), um das zweite Ansteuersignal (52) für den zweiten Schallwandler (12) zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Schallwandler-Signalerzeuger ausgebildet ist, um bei der Verarbeitung auf die erste Art und Weise eine erste Mehrzahl von Bandpassfiltern (320) zu verwenden, und um bei der Verarbeitung auf die zweite Art und Weise eine zweite Mehrzahl (340) von Bandpassfiltern zu verwenden, wobei die erste Mehrzahl (320) von Bandpassfiltern zu der zweiten Mehrzahl (340) von Bandpassfiltern unterschiedlich ausgebildet ist, so dass die zweite Mehrzahl von Bandpassfiltern (340) in einem Frequenzbereich einen oder mehrere Durchlassbereiche hat, und die erste Mehrzahl von Bandpassfiltern (320) in dem Frequenzbereich einen oder mehrere Sperrbereiche hat.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, die folgendes Merkmal aufweist: einen Lautstärke-Einsteller (1200) mit einer Benutzerschnittstelle (1100), um eine Lautstärke-Benutzereinstellung zu erhalten, wobei der Lautstärke-Einsteller (1200) ausgebildet ist, um ein erstes Roh-Kanalsignal und ein zweites Roh-Kanalsignal basierend auf der Lautstärke-Benutzereinstellung zu verstärken, um das erste Kanalsignal und das zweite Kanalsignal zu erhalten, oder um das Ansteuersignal für den Schallerzeuger basierend auf der Laustärke-Benutzereinstellung zu verstärken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um den Einstellwert aus dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanal zu ermitteln, und um das erste Kanalsignal und das zweite Kanalsignal mit einem Hochpassfilter oder einem Bandpassfilter zu filtern, und um den Einstellwert aus einem gefilterten ersten Kanalsignal und einem zweiten gefilterten Kanalsignal zu ermitteln, oder bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um das Gegentaktsignal (1011) mit einem Hochpassfilter oder einem Bandpassfilter zu filtern, und um den Einstellwert aus einem gefilterten Gegentaktsignal zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Hochpassfilter oder das Bandpassfilter eine untere Grenzfrequenz zwischen 50 und 200 Hz aufweist, oder bei der das Bandpassfilter eine obere Grenzfrequenz zwischen 2 kHz und 8 kHz aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung (1020) ferner folgende Merkmale aufweist: einen Multiplizierer (1021, 1023a, 1023b) zum Multiplizieren des ersten Kanalsignals und des zweiten Kanalsignals, um ein erstes Multiplikationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des ersten Kanalsignals mit sich selbst, um ein zweites Multiplikationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des zweiten Kanalsignals mit sich selbst, um ein drittes Multiplikationsergebnis zu erhalten; einen Integrierer (1022, 1024a, 1024b) zum Integrierern des ersten Multiplikationsergebnisses, um ein erstes Integrationsergebnis zu erhalten, oder zum Multiplizieren des zweiten Multiplikationsergebnisses, um ein zweites Integrationsergebnis zu erhalten, oder zum Integrieren des dritten Multiplikationsergebnisses, um ein drittes Integrationsergebnis zu erhalten; einen Wurzelbilder (1025a, 1025b) zum Bilden einer Wurzel aus dem zweiten Integrationsergebnis, um ein erstes Wurzelergebnis zu erhalten, oder zum Bilden einer Wurzel aus dem dritten Integrationsergebnis, um zweites Wurzelergebnis zu erhalten; einen weiteren Multiplizierer (1026), um das erste Wurzelergebnis mit dem zweiten Wurzelergebnis zu multiplizieren, um ein viertes Multiplikationsergebnis zu erhalten; und einen Divisor (1027) zum Dividieren des ersten Integrationsergebnisses durch das vierte Multiplikationsergebnis, um einen quantitativen Ähnlichkeitswert zu erhalten, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um den Einstellwert aus dem quantitativen Ähnlichkeitswert zu ermitteln (1000).
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Integrierer (1022, 1024a, 1024b) bezüglich einer Integrationszeit von einem Benutzer steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Multikanal-Audiosignal ein Audiostück ist, und bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um einen Einstellwert für das Audiostück durch Analyse des Audiostücks vor der Erzeugung des Ansteuersignals zu erzeugen, oder bei der die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um ausgehend von einem Startwert den Einstellwert variabel über der Zeit für das Multikanal-Audiosignal zu bestimmen, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um den Einstellwert basierend auf einem zeitlichen Bereich des Multikanal-Audiosignals zu bestimmen, der sich vor einem aktuellen Zeitpunkt oder nach einem aktuellen Zeitpunkt erstreckt, wobei der Bereich vor dem aktuellen Zeitpunkt oder der Bereich nach dem aktuellen Zeitpunkt eine Zeitspanne umfasst, die zwischen 1 ms und 15 s liegt, oder wobei der Bereich ein ganzes Stück umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 11 bis 15, bei der das Mehrkanalaudiosignal, das das erste Kanalsignal (1001, 71, 306) und das zweite Kanalsignal (1002, 308) umfasst, Metadaten (1050) umfasst, die den Einstellwert (1051) umfassen, bei der die Steuerung ferner ausgebildet ist, um den Einstellwert (1051) aus den Metadaten (1050) zu extrahieren, und bei der der steuerbare Verstärker ausgebildet ist, um gemäß dem extrahierten Einstellwert das Gegentaktsignals (1011) mit der einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung zu beaufschlagen.
Vorrichtung zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals (1040), mit folgenden Merkmalen: einer Eingangsschnittstelle (1060) zum Erhalten des Mehrkanalaudiosignals, das ein erstes Kanalsignal (1001, 71, 306) und ein zweites Kanalsignal (1002, 308) aufweist; einer Steuerung (1020) zum Bestimmen eines Einstellwerts für eine Verstärkung oder Dämpfung eines Gegentaktsignals (1011), das aus dem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und dem zweiten Kanalsignal (1002, 308) ableitbar ist, wobei die Steuerung (1020) ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt; und einer Ausgangsschnittstelle (1070) zum Ausgeben des erweiterten Mehrkanalaudiosignals (1040), das das erste Kanalsignal (1001, 71, 306), das zweite Kanalsignal (1002, 308), und Metadaten (1050) umfasst, wobei die Metadaten (1050) den Einstellwert (1051) aufweisen.
Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen Schallerzeuger, mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Gegentaktsignals (1011) aus einem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und einem zweiten Kanalsignal (1002, 308) eines Mehrkanalaudiosignals; Verstärken oder Dämpfen des Gegentaktsignals (1011) mit einer einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung gemäß einem Einstellwert, wobei das Verfahren ausgebildet ist, um das Ansteuersignal aus einem mit der einstellbaren Verstärkung oder Dämpfung verstärkten oder gedämpften Ausgangssignal (1036, 72) zu ermitteln; und Bestimmen des Einstellwerts, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt.
Verfahren zum Erzeugen eines erweiterten Mehrkanalaudiosignals (1040), mit folgenden Schritten: Erhalten des Mehrkanalaudiosignals, das ein erstes Kanalsignal (1001, 71, 306) und ein zweites Kanalsignal (1002, 308) aufweist; Bestimmen eines Einstellwerts für eine Verstärkung oder Dämpfung eines Gegentaktsignals (1011), das aus dem ersten Kanalsignal (1001, 71, 306) und dem zweiten Kanalsignal (1002, 308) ableitbar ist, wobei das Bestimmen ausgebildet ist, um bei einer ersten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen ersten Einstellwert zu bestimmen und bei einer zweiten Ähnlichkeit zwischen dem ersten Kanalsignal und dem zweiten Kanalsignal einen zweiten Einstellwert zu bestimmen, wobei die erste Ähnlichkeit eine niedrigere Ähnlichkeit als die zweite Ähnlichkeit darstellt, und wobei der erste Einstellwert eine kleinere Verstärkung als der zweite Einstellwert oder eine größere Dämpfung als der zweite Einstellwert darstellt; und Ausgeben des erweiterten Mehrkanalaudiosignals (1040), das das erste Kanalsignal (1001, 71, 306), das zweite Kanalsignal (1002, 308), und Metadaten (1050) umfasst, wobei die Metadaten (1050) den Einstellwert (1051) aufweisen.
Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 23 oder 24, wenn das Verfahren auf einem Computer oder einem Prozessor abläuft.