DE2431989A1

DE2431989A1 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung kuenstlichen nachhalls

Info

Publication number: DE2431989A1
Application number: DE19742431989
Authority: DE
Inventors: Bjoern Bluethgen
Original assignee: Polygram GmbH
Current assignee: Polygram GmbH
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1976-01-22
Also published as: GB1456800A; JPS5126801B2; JPS5119501A; FR2277488A1

Description

POLYGRAM GmbH . Hamburg 13, -3. JUL1974

Harvestehuder Weg 1-4

74/9505

Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung künstlichen Nachhalls.

Der natürliche Nachhall besteht bekanntlich aus Einzelnachhallen mit exponenziell abklingender Intensität, die beispielsweise durch das Beschallen eines beliebigen Hallraumes entstehen, d.h. aus Wiederholungen des ursprünglichen Schallereignisses aufgrund des Reflexionsvermögens der Raumbegrenzungen oder der sich im Raum befindlichen Gegenstände.

Ein einfacher Weg, Nachhall mechanisch zu erzeugen, besteht darin, daß man zwei Spiralfedern an ihrem einen Ende elektrodynamisch, entsprechend dem zu verhallenden Tonsignal in Torsionsschwingungen versetzt, worauf am anderen Ende zeitlich verschoben abklingende Schwingungen entstehen» die dort auf elektrodynamischen Wege wieder in entsprechende elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Dein Vorteil der Einfachheit· und Robustheit solcher Torsionsnachhallgeräte stehen die Nachteile gegenüber, daß die maximale Nachhallzeit auf etwa 2 Sekunden beschränkt ist und spezielle Laufzeitfunktionen und Echos nicht erzeugt werden können.

Ein anderer Weg, Nachhall oder auch Echo künstlich zu erzeugen, besteht in der Anwendung des Magnettonverfahrens. Durch örtlichen Mer satz der Aufnahme-und Abtaststelle auf einem endlosen Band, einer rotierenden Magnetfolienscheibe oder einer Magnettrommel wird eine Schaltverzögerung nachgebildet, von der ausgehend Echo und Nachhall aufgebaut werden können. Hierzu enthält das Echohallgerät eine elektrische Rückführung, die einen einstellbaren Anteil des zeitverschoben abgetasteten Wiedergabesignals in den Aufzeichnungskanal zurückmischt. Dadurch lassen sich beliebige Nachhallerscheinungen herstellen, deren Dauer von der Laufzeit zwischen Aufnahme- und Ab-

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taststelle und der Restdämpfung im Rückkopplungspfad abhängt. Derartige Nachhalleinrichtungen bedürfen jedoch einer regelmäßigen Wartung. So müssen beispielsweise die Magnetbandschleifen nach einer gewissen Anzahl von Betriebsstunden ersetzt und die Magnetköpfe regelmäßig gesäubert und wieder in die richtige Position gebracht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung künstlichen Nachhalls anzugeben, das unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten mechanisch bewegten Elemente, wie Torsionsfedern, Magnetbandschleifen usw., die Einstellung von in einem weiten Bereich variablen Nachhallzeiten ermöglicht.

Ausgehend von einem Verfahren zur Erzeugung künstlichen Nachhalls und zu dessen Zumischung zum originalen Tonsignal wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß aus dem originalen Tonsignal in taktgesteuerten Abtastzyklen fortlaufend Momentanpegelwerte (Abtastproben) entnommen werden, deren Analogwerte entsprechend einer 2ⁿ-stelligen Quantisierung in digitale Impulsgruppen umgewandelt werden, daß dem originalen digitalquantisierten Momentanpegelwert jeweils ein oder mehrere, in ein bzw. mehreren vorangehenden Takt-, schritten ermittelte und entsprechend verzögerte weitere Momentanpegelwerte zuaddiert werden, die bei jedem bzw. jedem η-ten vorhergehenden Taktschritt stufenweise um jeweils eine Quantisierungsstufe reduziert sind und daß der digitale Summenwert schließlich wieder in ein entsprechendes Analogsignal umgeformt wird. ~

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht dabei in erster Linie in der Erzielung genau definierbarer Nachhallzeiten, die durch die Taktfrequenz, die Bit-Zahl des für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Analog/Digitalwandlers sowie durch die Anzahl bzw. die Bruchteile der subtrahierten Quantisierungsstufen bestimmt wird.

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In Fortführung des Erfindungsgedankens ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Digitalisierung der analogen Momentanpegelwerte des Tonsignals ein Analog/Digitalwandler vorgesehen ist, daß der Ausgang dieses Analog/Digitalwandlers an einen ersten Eingang einer Addierstufe angeschaltet ist, deren Ausgang wiederum über einen Zwischenspeicher mit einem Digital/Analogwandler verbunden ist, daß zwischen dem Zwischenspeicher und dem zweiten Eingang der Addierstufe eine Subtrahierstufe eingeschaltet ist, daß für den Analog/Digitalwandler, den Zwischenspeicher und den Digital/Analogwandler einerseits ein erster Taktgenerator und für die Subtrahier- bzw. Addierstufe andererseits je ein zweiter bzw. dritter Taktgenerator vorgesehen sind und daß die zeitliche Folge der einzelnen Taktimpulse so gewählt ist, daß zwischen zwei Taktimpulsen des ersten Generators nacheinander je ein Taktimpuls des zweiten und schließlich des dritten Generators auftritt.

Eine solche Schaltungsanordnung hat gegenüber bekannten Nachhalleinrijchtungen insbesondere den Vorteil, daß sie leicht transportierbar ist, daß sie raumsparend aufgebaut werden kann und daß sie im gesamten Betriebsfrequenzbereich ein frequenzlineares Verhalten zeigt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung, die eine Prinzipschaltung für ein digitales Nachhallgerät darstellt, näher erläutert.

Im einzelnen zeigt die Fig.1 einen Anaiog/Digitalwandler 1, der aus dem am Eingang zugeführten Tonsignal χ fortlaufend Momentanpegelwerte (Abtastproben) gewinnt und an dessen Ausgang entsprechend digitalisierte Impulsgruppen mit z.B. jeweils 14 Bits auftreten. Der Ausgang des A/D-Wandlers 1 ist mit einem ersten Eingang E1 einer Addierstufe 2 verbun-

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den, deren Ausgangssignale über einen Zwischenspeicher 3 einerseits einem D/A-Wandler 4 und andererseits einer Subtrahierstufe 5 zugeführt werden. Der Ausgang dieser Subtrahierstufe 5 ist mit dem zweiten Eingang E2 der Addierstufe verbunden. Ferner ist ein Taktgenerator T1 vorgesehen, der die Taktimpulse ti für den A/D-Wandler 1, den Zwischenspeicher 3 und den D/A-Wandler 4 liefert. Zwei weitere Taktgeneratoren T2, T3, die beide vom Taktgenerator T1 angesteuert werden, liefern den Takt t2 für die Subtrahierstufe 5 bzw. den Takt t3 für die Addierstufe 2. Die Taktfolge der einzelnen Taktimpulse ist dabei derart aufeinander abgestimmt, daß in zeitlicher Aufeinanderfolge nach jedem Taktimpuls ti zunächst ein Taktimpuls t2 und danach ein Taktimpuls t3 folgt, dem sich wiederum ein neuer Taktimpuls ti usw. anschließt (siehe Fig.2).

Die aus dem Tonsignal χ gewonnenen Abtastproben werden nun fortlaufend im A/D-Wandler 1 in eine beispielsweise 14 Bit-Impulsfolge umgewandelt und als solche der Addierstufe 2 zugeführt. Gleichzeitig wird eine in einem unmittelbar vorhergehenden Taktschritt gewonnene weitere Impulsfolge, die sich bereits in dem z.B. als Schieberegister ausgebildeten Zwischenspeicher 3 befindet, über eine Schalterstufe S1 in die Subtrahierstufe 5 weitergeleitet, wo sie um eine Quantisierungsstufe reduziert wird. Dieser reduzierte Digitalwert wird dann, ausgelöst durch· den Zwischentakt t2, an die Addierstu- , fe 2 weitergeleitet, wo er mit einem dort gerade vorhandenen Digitalwert summiert wird. Dieser Summiervorgang wird durch den weiteren Zwischentakt t3 ausgelöst. Beim nächsten Haupttakt ti gelangt der Summierwert über 'das Schieberegister 3 einerseits wieder in die Subtrahierstufe 5, um, wiederum reduziert, mit einem weiteren digitalisierten Momentanwert addiert zu werden, andererseits aber auch über den D/A-Wandler 4 als Analogsignal (bestehend aus originalen Momentanwert und ein oder gegebenenfalls mehreren Nachhallkomponen-

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ten) an den Ausgang der Schaltung. Der D/A-Wandler 4 muß, da er das Summensignal auswertet, eine gegenüber dem A/D-Wandler 1 um eine Stelle erhöhte Bitzahl, z.B. 15 Bit, verarbeiten können.

Wie die Fig. 1 zeigt, kann der Zwischenspeicher aus mehreren Einzelspeicherstufen 3, 3a, 3b, 3c ... 3n bestehen, die über die Schalterstufen S2, S3, S4 ... Sn wahlweise zuschaltbar sind, so daß z.B. bei Schalterstellung S3 das reduzierte Digitalsignal erst dem um drei Taktschritte ti später folgenden Momentanwert zuaddiert wird. Auf diese Weise läßt sich jede beliebige Nachhallcharakteristik erzielen.

Als Nachhallzeit gilt gemäß Definition diejenige Zeit in Sekunden, in welcher ein Schallpegelwert um 60 dB kleiner als der ursprüngliche Schallpegel gemessen wird. Wenn man ferner davon ausgeht, daß die maximale Auflösung eines Analogpegels bei z.B. 14 Bit einem Wert von 16 384 Quantisierungsstufen für 80 dB - bei 60 dB entsprechend 1 638 Stufen - entspricht und daß die Taktfrequenz z.B. 62 234 Hz beträgt, dann läßt sich mit einem 14 Bit A/D~Wandler und der angegebenen Schaltung eine Nachhallzeit von

• ;?_ _ _ca# 0,025 see. bei Abzug von χ - 1 pro Takt

62234
errechnen (z.B. bei Umax = 16384 - 1).

Wird nun die Subtraktion von χ - 1 pro Takt durch das Zwischenschalten von weiteren Schieberegistern verzögert, so ergibt sich eine Verlängerung der Nachhallzeit um 0,025 see. je zwischengeschalteter Schieberegisterstufe, was z.B. bei einer Nachhallzeit von 0,25 see =10 Schieberegisterstufen,

von 1,00 see =40 " , und von 3,00 see =120 " erfordert.

4 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche .

/ 1./Verfahren zur Erzeugung künstlichen Nachhalls und zu des-.

^ sen Zumischung zum originalen Tonsignal, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem originalen Tonsignal in taktgesteuerten Abtastzyklen fortlaufend Momentanpegelwerte (Abtastproben) entnommen v/erden, deren Analogwerte entsprechend einer 2ⁿ-stelligen Quantisierung in digitale Impulsgruppen umgewandelt werden, daß dem originalen digitalquantisierten Momentanpegelwert jeweils ein oder mehrere, in ein bzw. mehreren vorangehenden Taktschritten ermittelte und entsprechend verzögerte weitere Momentanpegelwerte zuaddiert werden, die bei jedem bzw. jedem η-ten vorhergehenden Taktschritt stufenweise um jeweils eine Quantisierungsstufe reduziert sind und daß der digitale Summenwert schließlich wieder in ein entsprechendes Analogsignal umgeformt wird.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Digitalisierung der analogen Momentanpegelwerte des Tonsignals ein Analog/Digitalwandler (1) vorgesehen ist, daß der Ausgang dieses Analog/Digitalwandlers (1) an einen ersten Eingang (E1) einer Addierstufe (2) angeschaltet ist, deren Ausgang wiederum über einen Zwischenspeicher (3) mit einem Digital/Analogwandler (4) verbunden ist, daß zwischen dem Zwischenspeicher (3) und dem zweiten Eingang (E2) der Addierstufe (2) eine Subtrahierstufe (5) eingeschaltet ist, daß für den Analog/Digitalwandler (1), den Zwischenspeicher (3) und den Digital/ Analogwandler (4) einerseits ein erster Taktgenerator (T1) und für die Subtrahier- bzw. Addierstufe (5 bzw. 2) andererseits je ein zweiter bzw. dritter Taktgenerator (T2

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bzw. Tj5) vorgesehen sind und daß die zeitliche Folge der einzelnen Taktimpulse (ti, t2, t3) so gewählt ist, daß zwischen zwei Taktimpulsen (ti) des ersten Generators (T1) nacheinander je ein Taktimpuls (t2, t3) des zweiten und schließlich des dritten Generators (T2, T3) auftritt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Zwischenspeicher (3) aus mehreren in Serie geschalteten Einzelspeicherstufen (3, 3a, 3b ... 3n) besteht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Einzelspeicherstufen (3, 3a, 3b ... 3n) Schaltmittel (S1, S2, S3 ... Sn) vorgesehen sind, so daß die Zahl der zwischen Addierstufe

(2) und Subtrahierstufe (5) liegenden Einzelspeicherstufen (3, 3a, 3b, 3c ... 3n) zwischen einer und allen Stufen beliebig einstellbar ist.

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