DE19628261A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektronischen Einbetten von Richtungseinsätzen bei Zweikanal-Ton - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Ton (Schall), und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schaffung von zwei Tonkanälen, die Ton emulieren, der aus verschiedenen Richtungen erzeugt wurde.

Die Qualität und die Echtheit von Ton (Schall), der durch Klangsysteme in Kinos erzeugt wird, verbessern sich ständig. Die Echtheit wird durch Aufzeichnung von Vielfachtonspuren und Abspielen des Tones von jeder der Spuren in Lautsprechern erreicht, die in verschiedenen Richtungen bezüglich den Hörern angeordnet sind. Zur Zeit werden viele Filme unter Verwendung von sieben Tonspuren aufgezeichnet. Die sieben Tonspuren weisen typischerweise eine linke Umgebungstonspur und eine rechte Umgebungstonspur auf. Die linke Umgebungstonspur wird durch einen oder mehrere Lautsprecher wiedergegeben, die hinten links des Hörers stehen. Die rechte Umgebungstonspur wird durch einen oder mehrere Lautsprecher wiedergegeben, die hinten rechts des Hörers stehen. Die übrigen fünf Spuren werden durch Lautsprecher wiedergegeben, die in verschiedenen Winkelpositionen vor den Hörern stehen. Einige Filme weisen eine achte Spur auf, die durch einen Tieftöner (subwoofer) wiedergegeben wird.

Der Ton, der durch typische Stereoanlagen für den Heimgebrauch erzeugt wird, erreicht nicht die Ton-Echtheit von Kinos. Die meisten Heim-Stereoanlagen geben Stereoton in zwei Lautsprechern wieder, die typischerweise vor und zu beiden Seiten des Hörers stehen. Aufwendigere Heim-Stereoanlagen können die Umgebungskanäle wiedergeben. Die aufwendigsten Heim-Stereoanlagen weisen acht oder mehr Lautsprecher auf und können alle acht Tonspuren wiedergeben. Indessen sind solche Heim-Stereoanlagen verhältnismäßig teuer.

Der Ton, der bei Computeranwendungen verwendet wird, hat sich ebenfalls verbessert. In der Vergangenheit erzeugten Computerprogramme nicht viel mehr als Pieptöne mit unterschiedlichen Zeitdauern und Frequenzen. Zur Zeit sind einige Computerprogramme in der Lage, Stereoton mit einer Tonqualität zu erzeugen, der an Audio-CDs herankommt. Einige Tonadapter gestatten dem Verwender, Ton-Karten (sound cards) mit der Heimstereoanlage zu verbinden, so daß der durch die Computerprogramme erzeugte Ton (insbesondere Computerspiele) mit minimaler Verzerrung wiedergegeben werden kann.

Trotz solcher Verbesserungen erreicht der durch Computer-Anwendungen erzeugte Ton nicht die Tonechtheit von Kinos.

Angesichts dieser Probleme liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Ton zu schaffen, das die Echtheit von Kino-Tonsystemen erreicht, aber keine teueren Tonwiedergabegerätschaften benötigt. Genauer gesagt werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stereo-Audiosignalen auf Grundlagen von mehreren Audiosignalen geschaffen.

Die Vorrichtung weist mehrere Eingänge zur Aufnahme mehrerer Audiokanäle auf. Jeder Eingang entspricht einer Position bezüglich einem Hörer. Das Tonsignal, das an jedem Eingang angelegt wird, wird durch zwei Tonverarbeitungseinheiten verarbeitet. Eine Tonverarbeitungseinheit modifiziert das Signal zur Erzeugung eines Signales, das die Frequenzantwort wiedergibt, die durch das rechte Ohr eines Hörers aufgenommen wird, wenn der Ton an der Stelle wiedergegeben wird, die diesem Eingang entspricht. Die andere Tonverarbeitungseinheit modifiziert das Signal zur Erzeugung eines Signales, das die Frequenzantwort wiedergibt, die durch das linke Ohr eines Hörers aufgenommen wird, wenn Ton an der Position erzeugt wird, die dem Eingang entspricht. Einige der Tonverarbeitungseinheiten verzögern das Tonsignal, um die Verzögerung wiederzugeben, die durch ein Ohr erfolgt, wenn Ton durch eine Quelle an der anderen Seite des Hörers erzeugt wird. Die Signale, die modifiziert wurden, um die Frequenzantworten wiederzugeben, die durch das rechte Ohr aufgenommen werden, werden zur Erzeugung eines rechten Stereo-Audiosignales kombiniert. Die Signale, die modifiziert wurden, um die Frequenzantworten wiederzugeben, die durch das linke Ohr aufgenommen werden, werden zur Erzeugung eines linken Stereo-Audiosignales kombiniert.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein erstes Tonsignal von mehreren Tonsignalen zu einer ersten Frequenzantwort-Änderungseinheit und zu einer ersten Phasenverzögerungsschaltung zur Erzeugung eines ersten modifizierten Signales gegeben. Ein zweites modifiziertes Signal wird auf Grundlage eines zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale erzeugt. Eine erste Anzahl von modifizierten Signalen, einschließlich der ersten und zweiten modifizierten Signale werden zur Erzeugung eines ersten Stereo- Tonsignales kombiniert.

Das erste Tonsignal wird zu einer zweiten Frequenzantwort-Änderungseinheit zur Erzeugung eines dritten modifizierten Signales gegeben. Ein viertes modifiziertes Signal wird auf Grundlage des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale erzeugt. Eine zweite Anzahl an modifizierten Signalen werden zur Erzeugung eines zweiten Stereo-Tonsignales kombiniert, wobei die zweite Anzahl an modifizierten Signalen das dritte modifizierte Signal und das vierte modifizierte Signal einschließen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stereo-Tonsignalen geschaffen. Die Vorrichtung weist mehrere Eingänge, eine erste Tonmischeinheit, eine zweite Tonmischeinheit und eine erste und eine zweite Gruppe von Tonverarbeitungseinheiten auf. Jeder Eingang der mehreren Eingänge ist mit der ersten Tonmischeinheit durch eine Tonverarbeitungseinheit in der ersten Gruppe der Tonverarbeitungseinheiten verbunden. Jeder Eingang der mehreren Eingänge ist weiterhin mit der zweiten Tonmischeinheit durch eine Tonverarbeitungseinheit in der zweiten Gruppe der Tonverarbeitungseinheiten verbunden.

Jede Tonverarbeitungseinheit entspricht einer Position bezüglich einem Hörer und einem Ohr des Hörers. Jede Tonverarbeitungseinheit ist so ausgeführt, daß sie ein modifiziertes Tonsignal von einem Tonsignal erzeugt, das von dem Eingang aufgenommen wird, mit dem die Tonverarbeitungseinheit auf Grundlage der Position und dem Ohr gekoppelt ist, das der Tonverarbeitungseinheit entspricht. Sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit dem gleichen Eingang verbunden sind, entsprechen der gleichen Position. Sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit der zweiten Tonmischeinheit verbunden sind, entsprechen dem rechten Ohr des Hörers. Sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit der zweiten Tonmischeinheit verbunden sind, entsprechen dem linken Ohr des Hörers.

Die erste Tonmischeinheit ist so ausgeführt, daß sie ein erstes Stereo-Audiosignal durch Kombination einer ersten Anzahl von modifizierten Tonsignalen erzeugt, die durch die erste Gruppe von Tonverarbeitungseinheiten erzeugt wurde. Die zweite Tonmischeinheit ist so ausgeführt, daß sie ein zweites Stereo-Audiosignal durch Kombination einer zweiten Anzahl an zwei modifizierten Tonsignalen erzeugt, die durch die zweite Gruppe von Tonverarbeitungseinheiten erzeugt wurde.

Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise und keineswegs beschränkend bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 ein Tonsystem zur Erzeugung von Stereo-Tonkanälen aus acht Eingangs- Tonkanälen, oder aus zwei Tonkanälen, die ein Ergebnis eines Vorganges sind, der mehrere (mehr als zwei) Tonkanäle kombiniert, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Schallwellen, die durch menschliche Ohren erfaßt werden, weisen verschiedene Merkmale auf Grundlage der Position der Quelle der Schallwellen bezüglich des Hörers auf. Beispielsweise werden die Schallwellen, die durch eine Schallquelle vorne links von einem Hörer erzeugt werden, durch das linke Ohr vor der Erfassung durch das rechte Ohr erfaßt. Dagegen werden Schallwellen, die durch eine Schallquelle erzeugt werden, die sich vorne rechts eines Hörers befindet, durch das linke Ohr erfaßt, nachdem sie durch das rechte Ohr erfaßt wurden. Diese Zeitdifferenzen, sowie die Lautstärke und die Frequenzantwortunterschiede schaffen Schlüsselzeichen (cue), durch die das menschliche Gehirn die Richtung erfaßt, von der ein Ton relativ zu dem Hörer erzeugt wurde. Solche Schlüsselzeichen werden im folgenden als Tonrichtungs-Schlüsselzeichen bezeichnet.

In modernen Kinos haben Hörer den Eindruck, daß Ton von verschiedenen Positionen bezüglich ihnen erzeugt wird, da der Ton tatsächlich durch Lautsprecher an diesen verschiedenen Positionen erzeugt wird. Beispielsweise wird ein Ton, der von links gehört werden soll, von einem Lautsprecher links von dem Hörer wiedergegeben. In gleicher Weise wird ein Ton, der von hinten rechts gehört werden soll, von einem Lautsprecher wiedergegeben, der sich hinten rechts des Hörers befindet.

Kinofilme weisen typischerweise eine Vielzahl an Tonspuren auf. Jede Tonspur dient zur Wiedergabe von einer verschiedenen Position bezüglich des Hörers. Somit können Lautsprecher links von einem Hörer eine Tonspur wiedergeben, während Lautsprecher direkt vor dem Hörer eine andere Tonspur wiedergeben, und Lautsprecher rechts von dem Hörer wiederum eine andere Tonspur wiedergeben. In aufwendigen Kinos werden acht Tonspuren von acht unterschiedlichen Positionen bezüglich der Hörer wiedergegeben.

Die meisten Heim-Audioanlagen schaffen keine gleichzeitige Wiedergabe von acht Tonspuren. Weiterhin wäre das Gerät, um einen Hörer mit acht unterschiedlichen Klangquellen (d. h. Lautsprecher) zur Wiedergabe von acht Tonspuren zu umgeben, äußerst teuer. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von Ton von verschiedenen Tonspuren auf zwei Tonspuren, so daß während der Wiedergabe der beiden Tonspuren die gleichen Tonrichtungs-Schlüsselzeichen wiedergegeben werden, die erzeugt werden würden, wenn sie in einem Kino-Tonsystem wiedergegeben werden würden. Daher wird der Ton so aufgenommen, wie wenn er von Lautsprechern stammen würde, die den Hörer umgeben.

Diskret-/Stereo-Umsetzung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Diskret-/Stereo- Umsetzeinheit 100 weist mehrere Eingänge 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 sowie zwei Ausgänge 118 und 120 auf. Jeder Eingang 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 ist einer unterschiedlichen Position bezüglich eines Hörers zugeordnet. In dem dargestellten Beispiel entsprechen die Eingänge 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 der Position vorne links, vorne links Mitte, vorne Mitte, vorne rechts Mitte, vorne rechts, hinten links, hinten rechts bzw. Tieftöner(subwoofer)-Stellungen.

Jeder der beiden Ausgänge 118 und 120 entspricht einem Ohr eines Hörers. In dem dargestellten Beispiel entspricht der Ausgang 118 dem linken Ohr und der Ausgang 120 entspricht dem rechten Ohr.

Lautstärke- und Frequenzantwort-Schlüsselzeichen

Die Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 weist weiterhin mehrere Frequenzantwort- Änderungseinheiten 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148, 150 und 152 auf. Jede Frequenzantwort-Änderungseinheit weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Der Eingang von jeder Frequenzantwort-Änderungseinheit ist mit einem der Eingänge 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 gekoppelt. Der Ausgang von jeder Frequenzantwort-Änderungseinheit ist mit einem der Ausgänge 118 und 120 gekoppelt. Daher ist jede Frequenzantwort-Änderungseinheit einer Position-/Ohrkombination zugeordnet. Beispielsweise ist die Frequenzantwort-Änderungseinheit 122 mit dem Eingang 102 und dem Ausgang 118 verbunden. Der Eingang 102 ist mit der Position vorne links zugeordnet und der Ausgang 118 ist dem linken Ohr zugeordnet. Daher ist die Frequenzantwort-Änderungseinheit 122 mit der Kombination Position vorne links/linkes Ohr zugeordnet.

Jede Frequenzantwort-Änderungseinheit ist so ausgeführt, daß sie die Lautstärke und die Frequenzantwort eines Tonsignales modifiziert, das zu dem Eingang der Frequenzantwort- Änderungseinheit eingegeben wird, um ein modifiziertes Tonsignal an dem Ausgang der Frequenzantwort-Änderungseinheit zu erzeugen. Die durch jede Frequenzantwort- Änderungseinheit durchgeführte Modifikation hängt von der Kombination Position/Ohr ab, der die Frequenzantwort-Änderungseinheit zugeordnet ist. Genauer gesagt modifiziert jede Frequenzantwort-Änderungseinheit das Tonsignal an seinem Eingang, um ein Signal zu erzeugen, das Ton so codiert, wie wenn er durch das entsprechende Ohr gehört werden würde, wenn der Ton von der entsprechenden Position erzeugt werden würde. Somit modifiziert die Frequenzantwort-Änderungseinheit 122 das Tonsignal an seinem Eingang, um ein modifiziertes Tonsignal zu erzeugen, das die Lautstärke und die Frequenzantwort wiedergibt, die durch das linke Ohr eines Hörers gehört werden würde, wenn der Ton von einer Quelle vorne links des Hörers erzeugt werden würde.

Bezugnehmend auf Anhang A sind graphische Darstellungen dargestellt, die die Frequenzantwort darstellen, die durch jedes Ohr erfaßt wird, wenn Ton von verschiedenen Stellungen bezüglich des Hörers erzeugt wird. In jeder dieser Figuren stellt die x-Achse die Frequenz und y-Achse die erfaßte Antwort dar. Die Antwort, die durch das linke Ohr erfaßt wird, ist durch eine durchgezogene Linie wiedergegeben, und die Antwort, die durch das rechte Ohr erfaßt wird, ist durch eine unterbrochene Linie wiedergegeben. Die Figuren A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6 und A-7 zeigen jeweils Frequenzantworten, die durch jedes Ohr erfaßt werden, wenn Ton von Tonquellen erzeugt wird, die sich vorne links, vorne links Mitte, vorne Mitte, vorne rechts Mitte, vorne rechts, linke Umgebung (d. h. links hinten) und rechte Umgebung (d. h. rechts hinten) befinden. Der Graph A-8 gibt die Frequenzantwort wieder, die durch jedes Ohr erfaßt wird, wenn der Ton durch einen Tieftöner wiedergegeben wird.

Die Anhänge B und C enthalten Tabellen, die Antwortwerte für verschiedene Frequenzen für jede Kombination Position/Ohr wiedergeben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen Frequenzantwort-Änderungseinheiten so ausgeführt, daß die Tonsignale, die zu ihren Eingängen gegeben werden, auf Grundlage der Frequenz des Tons modifizieren, der in den Tonsignalen gemäß den Werten, die in den Anhängen B und C dargestellt sind, wiedergegeben sind. Es ist indessen anzumerken, daß die Frequenzbereiche und Frequenzantwortwerte in den Anhängen B und C rein als Beispiel dienen.

Wie oben erwähnt, ist jeder Eingang einer Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 einer speziellen Position zugeordnet. Das Tonsignal, das an jedem Eingang aufgenommen wird, wird durch eine Frequenzantwort-Änderungseinheit modifiziert, um ein erstes Signal zu erzeugen, das wiedergibt, wie das linke Ohr den Ton aufnehmen würde, wenn er von der speziellen Position erzeugt werden würde, und wird durch eine weitere Frequenzantwort- Änderungseinheit modifiziert, um ein zweites Signal zu erzeugen, das wiedergibt, wie das rechte Ohr den Ton aufnehmen würde, wenn er von der speziellen Position erzeugt werden würde.

Es sei beispielsweise der Eingang 102 betrachtet. Wenn ein Tonsignal an dem Eingang 102 angelegt wird, wird das Tonsignal durch die Frequenzantwort-Änderungseinheit 122 und die Frequenzantwort-Änderungseinheit 138 modifiziert. Die Frequenzantwort- Änderungseinheit 122 modifiziert den Ton, um wiederzugeben, wie das linke Ohr den Ton hören würde, wenn er von einer Quelle direkt vorne links des Hörers erzeugt werden würde. Die Frequenzantwort-Änderungseinheit 138 modifiziert den Ton, um wiederzugeben, wie das rechte Ohr den Ton hören würde, wenn er von einer Quelle direkt vorne links des Hörers erzeugt werden würde. Wenn somit das modifizierte Tonsignal, das durch die Frequenzantwort-Änderungseinheit 122 erzeugt wird, in dem linken Ohr eines Hörers wiedergegeben wird, und das modifizierte Tonsignal, das durch die Frequenzantwort-Änderungseinheit 138 erzeugt wurde, in dem rechten Ohr eine Hörers wiedergegeben wird, nimmt der Hörer den Ton so auf, wie wenn er von einer Tonquelle direkt vorne links des Hörers stammen würde.

Taktungs-Schlüsselzeichen

Die Lautstärke und die Frequenzantwort sind nicht die einzigen Tonmerkmale, die sich abhängig von der Position einer Tonquelle bezüglich eines Hörers verändern.

Die Taktung, mit der der Ton durch jedes Ohr aufgenommen wird, ändert sich ebenfalls. Beispielsweise wird ein Ton, der durch eine Quelle links eines Hörers erzeugt wird, durch das linke Ohr aufgenommen, bevor er durch das rechte Ohr aufgenommen wird. Somit erscheint der Ton in dem rechten Ohr verzögert. Ton, der durch eine Quelle Mitte links eines Hörers erzeugt wird, wird ebenfalls durch das linke Ohr aufgenommen wird, bevor er durch das rechte Ohr aufgenommen wird. Indessen ist die Verzögerung zwischen den Aufnahmen durch die beiden Ohren geringer, wie wenn der Ton durch eine Quelle direkt links des Hörers erzeugt wird. Je näher eine Tonquelle zu der Mitte eines Hörers hin positioniert ist, desto geringer wird die Taktungsdifferenz zwischen den Aufnahmen. Ein Ton, der von einer Quelle direkt vor oder direkt hinter eines Hörers erzeugt wird, wird durch die beiden Ohren genau zu der gleichen Zeit erfaßt.

Um den Eindruck zu erhöhen, daß Ton von mehreren Stellen bezüglich des Hörers erzeugt wird, weist die Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 mehrere Phasenverzögerungseinheiten 158, 160, 162, 164, 166, 168 und 170 auf. Diese Phasenverzögerungseinheiten verzögern das Tonsignal, das an ihren Eingängen angelegt wird. Jede der Phasenverzögerungseinheiten ist einer Kombination Position/Ohr zugeordnet. Die Länge der Verzögerung, die durch eine gewisse Phasenverzögerungseinheit ausgeübt wird, wird durch die Kombination Position/Ohr festgelegt, der sie zugeordnet ist.

Genauer gesagt, schafft jede Phasenverzögerungseinheit eine Verzögerung gleich der Verzögerung, die durch das Ohr aufgenommen wird, das der Phasenverzögerungseinheit zugeordnet ist bezüglich dem anderen Ohr, wenn ein Ton von der Position erzeugt wird, die der Phasenverzögerungseinheit zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Phasenverzögerungseinheit 166 mit dem Eingang 102 und dem Ausgang 120 verbunden, und ist daher der Position vorne links und dem rechten Ohr zugeordnet. Daher verzögert die Phasenverzögerungseinheit 166 mit einer Verzögerung, die durch das rechte Ohr bezüglich dem linken Ohr aufgenommen wird, wenn Ton von einer Position direkt vorne links des Hörers erzeugt wird.

Phasenverzögerungseinheiten 166, 168 und 170 sind jeweils zwischen den Eingängen 102, 104 und 112, die mit Positionen links eines Hörers zugeordnet sind, und dem Ausgang 120 verbunden, der dem rechten Ohr zugeordnet ist. Die Phasenverzögerungseinheiten 158, 160 und 162 sind zwischen den Eingängen 108, 110 und 114 verbunden, die mit Positionen rechts des Hörers zugeordnet sind, und dem Ausgang 118 verbunden, der dem linken Ohr zugeordnet ist. Während der Ton von einem Tieftöner nicht von einer speziellen Position bezüglich des Hörers erzeugt wird, ist eine Phasenverzögerungseinheit 164 zwischen dem Eingang 116, der dem Tieftöner zugeordnet ist, und dem Ausgang 118 verbunden, der dem linken Ohr zugeordnet ist, um die aufgenommene körperliche Größe der Tonquelle zu addieren.

Stereoausgang

Alle modifizierten Signale, die durch die Frequenzantwort-Änderungseinheiten und die Phasenverzögerungseinheiten erzeugt wurden, die dem linken Ohr zugeordnet sind, werden durch eine linke Ohrmischeinheit 154 zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signales (ein "linkes Stereosignal") kombiniert, das zu dem Ausgang 118 gegeben wird. Alle modifizierten Signale, die durch die Frequenzantwort-Änderungseinheiten und Phasenverzögerungseinheiten erzeugt wurden, die dem rechten Ohr zugeordnet sind, werden durch eine rechte Ohrmischeinheit 156 zur Erzeugung eines zweiten zusammengesetzten Signales (ein "rechtes Stereosignal") kombiniert, das zu dem Ausgang 120 gegeben wird.

Wenn der Ton, der in dem linken und dem rechten Stereosignal codiert ist, in dem linken bzw. dem rechten Ohr eines Hörers wiedergegeben wird, erfaßt der Hörer die gleichen Tonrichtungs-Schlüsselzeichen (einschließlich Taktung, Lautstärke und Frequenzantwort), wie wenn sie durch Abspielen der Tonsignale an den Eingängen 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 durch einen Tieftöner und durch Lautsprecher vorne links, vorne links Mitte, vorne Mitte, vorne rechts Mitte, vorne rechts, hinten links und hinten rechts eines Hörers befinden. Somit kann die Klangechtheit, die zuvor nur bei Klangsystemen des Kinotyps möglich war, unter Verwendung eines Zweikanal-Tonsystemes erhalten werden.

Um die Nicht-Beeinträchtigung der Klangrichtung-Schlüsselzeichen zu gewährleisten, die durch den Hörer erfaßt werden, ist vorzugsweise jeder der beiden Wiedergabe- Lautsprecher akustisch von dem anderen isoliert. Die akustische Isolierung erfolgt beispielsweise durch Verwendung von Kopfhörern.

Stereo-Tonsystem

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein Tonsystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Tonsystem 200 weist allgemein eine Diskret-/Stereo- Umsetzeinheit 100, eine Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 und eine Zweikanal- Aufzeichnungseinheit 204 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 und die Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 in einer einzigen Tonsignal-Umsetzvorrichtung 206 kombiniert.

Die Tonsignal-Umsetzeinheit 206 enthält zwei Gruppen von Eingängen. Die erste Gruppe besteht aus zwei Eingängen 208 und 210. Signale, die zu den Eingängen 208 und 210 gegeben werden, werden zu der Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 übertragen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese Signale das Ergebnis einer Verarbeitung, die mehrere (mehr als zwei) Tonsignale in zwei Tonsignale (LT und RT) kombiniert, so daß die vielfachen Tonsignale von den beiden Tonsignalen zur Wiedergabe unter Verwendung einer Vielzahl von Lautsprechern wiedergewonnen werden können. Zusätzlich zu der Möglichkeit, Ton durch mehrere Lautsprecher wiedergeben zu können, ist das Tonsystem 200 zur Wiedergabe von Stereoton ausgelegt.

Die Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 ist so ausgelegt, daß sie die beiden Audiokanäle von Eingängen 208 und 210 aufnimmt und daraus vielfache diskrete Audiokanäle erzeugt. Die Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 kann beispielsweise eine Signalverarbeitungseinheit wie beispielsweise eine Dolby Prologic^TM - kompatibler Decoder sein. Die acht Audiokanäle, die durch die Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 erzeugt werden, werden über mehrere Ausgänge 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240 und 242 erzeugt.

Die zweite Gruppe an Eingängen besteht aus acht Eingängen 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224 und 226. Diese acht Eingänge dienen zur Aufnahme von acht diskreten Audiosignalen von einer zu der Tonsignal-Umsetzvorrichtung 206 externen Quelle.

Ein achtpoliger Schalter 244 koppelt selektiv die Eingänge der Diskret-/Stereo- Umsetzeinheit 100 zu den Eingängen 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224 und 226 oder den Ausgängen der Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202. Wenn der achtpolige Schalter 244 die Eingänge der Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 zu den Ausgängen der Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit 202 koppelt, erzeugt die Diskret-/Stereo- Umsetzeinheit 100 Stereosignale an den Ausgängen 118 und 120 auf Grundlage der Tonsignale, die zuvor in den beiden Audiokanälen codiert wurden, die zu den Eingängen 208 und 210 gegeben werden. Wenn der achtpolige Schalter 244 die Eingänge der Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 zu den Eingängen 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224 und 226 koppelt, erzeugt die Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 ein Stereo-Tonbild der acht Tonkanäle, die an den Eingängen 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224 und 226 aufgenommen wurden.

Die Tonsignal-Umsetzeinrichtung 206 weist eine zweite Gruppe an Ausgängen zusätzlich zu den Stereo-Ausgängen 118 und 120 auf. Die zweite Gruppe an Ausgängen weist Ausgänge 246, 248, 250, 252, 254, 256, 258 und 260 auf. Diese Ausgänge gehen durch die acht Audiokanäle hindurch, die zu den Eingängen der Diskret-/Stereo-Umsetzeinheit 100 gegeben werden. Daher kann ein Hörer zwischen dem Hören der Stereo-Audiosignale durch die Kopfhörer und der Wiedergabe von Audiosignalen mit einem System wählen, das acht Tonkanäle verarbeiten kann.

Die Stereo-Tonsignale, die an den Ausgängen 118 und 120 erzeugt werden, können durch eine Zweikanal-Aufzeichnungseinheit 204 zur späteren Wiedergabe aufgezeichnet werden. Ein Verwender kann Kopfhörer 262 mit der Zweikanal-Aufzeichnungseinheit 204 zum Hören der Stereosignale so wie sie aufgezeichnet sind verbinden, oder kann Kopfhörer 262 direkt mit Ausgängen 118 und 120 zum Hören der Stereo-Audiosignale verbinden, ohne sie aufzuzeichnen.

Die vorliegende Erfindung wurde unter oftmaliger Bezugnahme auf Audiosignale beschrieben. Solche Audiosignale können digital oder analog sein. Die Schaltung zur Umsetzung zwischen digitaler und analoger Wiedergabe von Audiosignalen kann zu der Tonsignal-Umsetzvorrichtung 206 in geeigneter Weise für spezielle Anwendungen hinzugefügt werden. Die Zweikanal-Aufzeichnungseinheit 204 kann wie gezeigt extern zu der Tonsignal-Umsetzvorrichtung 206 sein, oder kann ein Bauteil innerhalb der Tonsignal- Umsetzvorrichtung 206 sein. Die Frequenzantwort-Änderungseinheiten und die Phasenverzögerungseinheiten können in vielfacher Weise implementiert werden. Beispielsweise kann ein Prozessor zur Durchführung der Frequenzantwort und Phasenverzögerungsvorgänge wie oben beschrieben programmiert werden. Alternativ können analoge Schaltungen oder hardwaremäßig ausgeführte digitale Schaltungen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist auf keine spezielle Art der Implementierung der Erfindung beschränkt.

Die vorliegende Erfindung wurde weiterhin bezugnehmend auf acht spezielle Tonquellenpositionen (beispielsweise vorne links, vorne Mitte, . . . ) beschrieben. Diese Tonquellenpositionen sind rein beispielhaft. Die Anzahl und Positionen der Tonquellen, die durch die vorliegende Erfindung simuliert werden, hängen von der Anwendung ab. Beispielsweise kann es für Videospiele wünschenswert sein, Signale an einem oder mehreren Tonkanälen zu verarbeiten, so daß der Ton so erscheint, wie wenn er von Tonquellen oberhalb und/oder unterhalb des Hörers erzeugt werden würde.

Claims (20)

1. Verfahren zur Erzeugung zweier Stereo-Tonsignale aus mehreren Tonsignalen aufweisend die folgenden Schritte:
Anlegen eines ersten Tonsignales von mehreren Tonsignalen zu einer ersten Frequenzantwort-Änderungseinheit (128) und zu einer ersten Phasenverzögerungseinheit (158), um ein erstes modifiziertes Signal zu erzeugen;
Erzeugung eines zweiten modifizierten Signales auf Grundlage eines zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale;
Kombination (154) einer ersten Anzahl von modifizierten Signalen zur Erzeugung eines ersten Stereo-Tonsignales, wobei die erste Anzahl von modifizierten Signalen das erste modifizierte Signal und das zweite modifizierte Signal aufweisen;
Anlegen des ersten Tonsignales zur einer zweiten Frequenzantwort-Änderungseinheit (146) zur Erzeugung eines dritten modifizierten Signales;
Erzeugung eines vierten modifizierten Signales auf Grundlage des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale; und
Kombination (156) einer zweiten Anzahl von modifizierten Signalen zur Erzeugung eines zweiten Stereo-Tonsignales, wobei die zweite Anzahl an modifizierten Signalen das dritte modifizierte Signal und das vierte modifizierte Signal enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung eines zweiten modifizierten Signales auf Grundlage eines zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt des Anlegens des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale zu einer dritten Frequenzantwort-Änderungseinheit (124) zur Erzeugung des zweiten modifizierten Signales aufweist und der Schritt der Erzeugung eines vierten modifizierten Signales auf Grundlage des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt des Anlegens des zweiten Tonsignales zu einer vierten Frequenzantwort-Änderungseinheit (140) und einer zweiten Phasenverzögerungseinheit (168) zur Erzeugung des vierten modifizierten Signales enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung eines zweiten modifizierten Signales auf Grundlage eines zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt des Anlegens des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale an eine dritte Frequenzantwort-Änderungseinheit (130) und eine zweite Phasenverzögerungseinheit (160) zur Erzeugung des zweiten modifizierten Signales aufweist;
der Schritt der Erzeugung eines vierten modifizierten Signales auf Grundlage des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt des Anlegens des zweiten Tonsignales zu einer vierten Frequenzantwort-Änderungseinheit (142) zur Erzeugung des vierten modifizierten Signales enthält; und
die erste Phasenverzögerungseinheit (158) eine unterschiedliche Zeitverzögerung bei einem ersten Tonsignal schafft, als die zweite Phasenverzögerungseinheit (160) bei einem zweiten Tonsignal schafft.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Frequenzantwort-Änderungseinheit (128) das erste Tonsignal so modifiziert, daß das erste Tonsignal eine erste Frequenzantwort wiedergibt, wobei die erste Frequenzantwort auf der Frequenzantwort beruht, die durch ein Ohr einer Person aufgenommen wird, die sich in einem ersten Winkel bezüglich einer Schallquelle befindet;
und die zweite Frequenzantwort-Änderungseinheit (146) das erste Tonsignal so modifiziert, daß das erste Tonsignal eine zweite Frequenzantwort wiedergibt, wobei die zweite Frequenzantwort auf der Frequenzantwort beruht, die durch das andere Ohr der Person aufgenommen wird, die sich in dem ersten Winkel bezüglich der Schallquelle befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung eines zweiten modifizierten Signales auf Grundlage eines zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt der Modifikation des zweiten Tonsignales aufweist, so daß das zweite Tonsignal eine dritte Frequenzantwort wiedergibt, wobei die dritte Frequenzantwort auf der Frequenzantwort beruht, die durch ein Ohr einer Person aufgenommen wird, die sich in einem zweiten Winkel bezüglich einer Schallquelle befindet; und
der Schritt der Erzeugung eines vierten modifizierten Signales auf Grundlage des zweiten Tonsignales der mehreren Tonsignale den Schritt der Modifikation des zweiten Tonsignales aufweist, so daß das zweite Tonsignal eine vierte Frequenzantwort wiedergibt, wobei die vierte Frequenzantwort auf der Frequenzantwort beruht, die durch das andere Ohr der Person aufgenommen wird, die sich in dem zweiten Winkel bezüglich der Schallquelle befindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt der Modifikation jedes Signales der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der ersten Anzahl an modifizierten Signalen; und Modifikation jedes Signales der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der zweiten Anzahl an modifizierten Signalen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Modifikation jedes Signales der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der ersten Anzahl an modifizierten Signalen den Schritt der Modifikation von jedem Signal umfaßt, so daß jedes Signal eine Frequenzantwort wiedergibt, die durch ein Ohr einer Person aufgenommen werden würde, die sich in verschiedenen Winkeln bezüglich verschiedener Schallquellen befindet; und
der Schritt der Modifikation jedes Signales der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der zweiten Anzahl der modifizierten Signale den Schritt der Modifikation jedes Signales aufweist, so daß jedes Signal eine Frequenzantwort wiedergibt, die durch das andere Ohr der Person aufgenommen werden würde, die sich in verschiedenen Winkeln bezüglich verschiedener Schallquellen befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste Gruppe der mehreren Tonsignale einer Seite der Person zugeordnet ist und eine zweite Gruppe der mehreren Tonsignale der anderen Seite der Person zugeordnet ist, wobei
der Schritt der Modifikation jedes Signales der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der ersten Anzahl an modifizierten Signalen den Schritt der Verzögerung jedes Signales in der ersten Gruppe aufweist; und
der Schritt der Modifikation jedes Signale der mehreren Tonsignale zur Erzeugung der zweiten Anzahl an modifizierten Signalen den Schrift der Verzögerung jedes Signales in der zweiten Gruppe aufweist.

9. Vorrichtung zur Erzeugung zweier Stereo-Tonkanäle auf Grundlage mehrerer Tonsignale, wobei die Vorrichtung aufweist:
mehrere Eingänge (102, . . . ) zur Aufnahme der mehreren Tonsignale;
eine erste Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten (122, . . . ), die mit den mehreren Eingängen verbunden sind,
wobei die erste Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten zur Modifikation der mehreren Tonsignale zur Erzeugung einer ersten Gruppe an modifizierten Tonsignalen angeordnet ist;
die erste Gruppe an modifizierten Tonsignalen die Frequenzantworten aufweisen, die wiedergeben, wie ein Ohr eines Hörers die Töne aufnehmen würde, die in den mehreren Tonsignalen wiedergegeben werden, wenn die Töne durch Quellen mit verschiedenen Winkeln bezüglich des Hörers erzeugt werden würden;
eine zweite Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten (138, . . . ), die mit den mehreren Eingängen verbunden ist,
wobei die zweite Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten zur Modifikation der mehreren Tonsignale zur Erzeugung einer zweiten Gruppe an modifizierten Tonsignalen angeordnet ist, und die zweite Gruppe der modifizierten Tonsignalen Frequenzantworten aufweisen, die wiedergeben, wie das andere Ohr des Hörers die Töne aufnehmen würde, die in den mehreren Tonsignalen wiedergegeben sind, wenn der Ton durch Quellen mit verschiedenen Winkeln bezüglich des Hörers erzeugt werden würden;
einer ersten Kombinationsschaltung (154), die mit der ersten Gruppe an Frequenzantwort- Änderungseinheiten verbunden ist, wobei die erste Kombinationsschaltung die erste Gruppe an modifizierten Tonsignalen zur Erzeugung eines ersten Stereo-Tonsignales verbindet; und
eine zweite Kombinationsschaltung (156), die mit der zweiten Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten verbunden ist, wobei die zweite Kombinationsschaltung die zweite Gruppe an modifizierten Tonsignalen zur Erzeugung eines zweiten Stereo-Tonsignales kombiniert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Eingang der mehreren Eingänge einem Winkel entspricht;
das an einem gegebenen Eingang aufgenommene Tonsignal durch eine Frequenzantwort- Änderungseinheit in der ersten Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten auf Grundlage des Winkels bezüglich des Ohres modifiziert wird; und
das Tonsignal, das in einem gegebenen Eingang aufgenommen wird, durch eine Frequenzantwort-Änderungseinheit in der zweiten Gruppe an Frequenzantwort- Änderungseinheiten auf Grundlage des Winkels bezüglich des anderen Ohres modifiziert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe an Phasenverzögerungseinheiten (158, 160, 162, 164), die mit den gewählten Frequenzantwort-Änderungseinheiten in der ersten Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten und der ersten Kombinationsschaltung verbunden sind; und eine zweite Gruppe an Phasenverzögerungseinheiten (166, 168, 170), die zwischen den gewählten Frequenzantwort-Änderungseinheiten in der zweiten Gruppe an Frequenzantwort-Änderungseinheiten und der zweiten Kombinationsschaltung geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß kein Eingang der mehreren Eingänge sowohl zu einer Phasenverzögerungseinheit in der ersten Gruppe an Phasenverzögerungseinheiten als auch zu einer Phasenverzögerungseinheit in der zweiten Gruppe an Phasenverzögerungseinheiten geschaltet ist.

13. Vorrichtung zur Erzeugung von Stereo-Audiosignalen, aufweisend:
mehrere Eingänge (102);
eine erste Tonmischeinheit (154);
eine zweite Tonmischeinheit (156);
eine erste Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten (122, . . . ), wobei jeder Eingang der mehreren Eingänge mit der ersten Tonmischeinheit durch eine Tonverarbeitungseinheit in der ersten Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten verbunden ist;
eine zweite Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten (138, . . . ), wobei jeder Eingang der mehreren Eingänge mit der zweiten Tonmischeinheit durch eine Tonverarbeitungseinheit in der zweiten Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten verbunden ist,
wobei jede Tonverarbeitungseinheit in der ersten Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten und der zweiten Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten einer Position bezüglich eines Hörers und einem Ohr des Hörers entspricht;
wobei jede Tonverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines modifizierten Tonsignales von einem Tonsignal aufgebaut ist, das von dem Eingang aufgenommen wird, mit dem die Tonverarbeitungseinheit auf Grundlage der Position und dem Ohr gekoppelt ist, das der Tonverarbeitungseinheit entspricht;
wobei sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit dem gleichen Eingang verbunden sind, der gleichen Position entsprechen,
wobei sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit der ersten Tonmischeinheit verbunden sind, dem rechten Ohr des Hörers entsprechen,
wobei sämtliche Tonverarbeitungseinheiten, die mit der zweiten Tonmischeinheit verbunden sind, dem linken Ohr des Hörers entsprechen,
wobei die erste Tonmischeinheit zur Erzeugung eines ersten Stereo-Audiosignales durch Kombination einer ersten Anzahl an modifizierten Tonsignalen ausgeführt ist, die durch die erste Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten erzeugt wird; und
wobei die zweite Tonmischeinheit zur Erzeugung eines zweiten Stereo-Audiosignales durch Kombination einer zweiten Anzahl an modifizierten Tonsignalen ausgelegt ist, die durch die zweite Gruppe an Tonverarbeitungseinheiten erzeugt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tonverarbeitungseinheit eine Frequenzantwort-Änderungseinheit aufweist, die das von dem Eingang aufgenommene Tonsignal eine Frequenzantwort ähnlich der Frequenzantwort wiedergeben läßt, die durch das Ohr aufgenommen wird, die der Tonverarbeitungseinheit entspricht, wenn der Ton von der Position erzeugt wird, die der Tonverarbeitungseinheit entspricht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Tonverarbeitungseinheiten eine Phasenverzögerungseinheit aufweist, die das Tonsignal, das von dem Eingang aufgenommen wird, auf Grundlage des Ohres verzögert, das der Tonverarbeitungseinheit entspricht, und der Position, die der Tonverarbeitungseinheit entspricht.

16. Vorrichtung nach einem Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch mehrere Ausgänge, die mit den mehreren Eingängen verbunden sind, wobei die mehreren Ausgänge Tonsignale tragen, die zu den mehreren Eingängen von einem oder mehreren Vorrichtungen extern zu der genannten Vorrichtung gegeben werden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch eine Zweikanal/Vielkanal-Umsetzeinheit, die mehrere Tonsignale an mehreren Ausgängen auf Grundlage zweier Tonkanäle erzeugt, wobei jeder Ausgang der mehreren Ausgänge mit den mehreren Eingängen verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch
eine zweite Anzahl an Eingängen zur Verbindung der mehreren Eingänge mit einem oder mehreren Vorrichtungen extern zu der Vorrichtung; und
einem Schalter zur selektiven Verbindung der mehreren Eingänge entweder mit den mehreren Ausgängen oder mit den mehreren Eingängen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungseinheit (204) zur Aufzeichnung des ersten Stereo- Audiosignales und des zweiten Stereo-Audiosignales.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch eine Zweikanal-Hörvorrichtung (262) zum Hören des ersten Stereo-Audiosignales und des zweiten Stereo-Audiosignales.