DE2438662C2

DE2438662C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Nachhall

Info

Publication number: DE2438662C2
Application number: DE2438662A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yokohama Kanagawa Osakabe
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-08-13
Filing date: 1974-08-12
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPS5039501A; DE2438662A1; IT1019929B; GB1466446A; NL7410858A; JPS5630878B2; CA1014859A; FR2241122A1; FR2241122B1; US3992582A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Nachhall entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Beeinflussung der Akustik eines Raumes ist bereits eine Vorrichtung bekannt (US-PS 2107 804), bei welcher das von einem Mikrophon abgegebene elektrische Schallsignal über mehrere parallelgeschaltete Signalwege einem Mischer zugeführt wird. In einigen dieser Signalwege sind Filter vorgesehen, die unterschiedliche Frequenzbereiche des Signales zu nachgeschalteten Lautsprechern durchlassen, deren Schallsignal durch ein gemeinsames Mikrophon aufgenommen und dem Mischer zugeführt wird.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin ein Verfahren (DE-AS 12 97 677), bei dem eine monophon oder unzureichend stereophon aufgenommene Toninformatiun mit mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten verzögert und in definierten Richtungen zugeordneten Kanälen umgeformt wird, wobei die Toninformation außerdem in differenzierte Frequenzbänder aufgeteilt wird, die danach unterschiedlichen Richtungen zugeordnet werden, wobei die Kanäle schließlich miteinander kombiniert werden. Hierdurch soll eine zwei- oder mehrkanalige Toninfonnation stereophonen und räumlichen Charakters erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor-ο richtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit einer einfachen elektrischen Schaltung ein sehr natürlicher Nachhall erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung;

F i g. 2 ein Diagramm der Kennlinie eines Filters der Vorrichtung gemäß F i g. 1;

F i g. 3 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Verzögerungsintervall und dem Signalpegel zeigt;

F i g. 4 bis 6 einschließlich Blockdiagramme, welche weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Nachhall darstellen, und

F i g. 7 ein Schaltschema, welches eine praktische Ausführungsform einer Taktimpuls-Erzeugungsschaltung darstellt, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Eingangssignal in zwei Signalkomponenten mit verschiedenen Frequenzbändern unterteilt, worauf die unterteilten Signalkomponenten mit verschiedenen Frequenzbändern einer unterschiedlichen Zeitverzögerung unterworfen werden, und dann die verzögerten Signalkomponenten in der Weise miteinander vereinigt werden, daß ein Schall mit einem Nachhall erzeugt wird.

Gemäß F i g. 1 werden beispielsweise Eingangssignale wie Tonfrequenzsignale, die einer Eingangsklemme 1 zugeführt werden, einer ersten Verzögerungseinheit 2A zugeleitet, die in Reihe mit einem ersten Pfad oder einer ersten Leitung L\ liegt, um die Signale um beispielsweise 0,5 Sekunden zu verzögern. Das verzögerte Signal wird dann einer Addierstufe 3 zugeführt. Die Eingangstonfrequenzsignale werden weiterhin so einem Tiefpaßfilter 4 zugeführt, welches in Reihe mit einem zweiten Verzögerungspfad oder einer Leitung Li liegt, um eine Signalkomponente mit einer Frequenz von bis zu 2,5 kHz hindurchzuführen, wie es in der F i g. 2 durch eine Kurve «dargestellt ist. Die Frequenzsignalkomponente von dem Tiefpaßfilter 4 wird einer zweiten Verzögerungseinheit 2B zugeführt, um beispielsweise um 2 Sekunden verzögert zu werden, und wird dann der Addierstufe 3 zugeführt. Die Eingangstonfrequenzsignale werden weiterhin einem getrennten Tiefpaßfilter 5 zugeführt, welches in Reihe mit einem dritten Pfad oder einer Leitung Z,₃ liegt, so daß das Tiefpaßfilter 5 eine Frequenzsignalkomponente mit einer Frequenz von bis zu 1 kHz liefert, wie es durch eine Kurve b in der F i g. 2 dargestellt ist. Das Ausgangssignal von dem h5 Tiefpaßfilter 5 wird einer dritten Verzögerungseinheit IC zugeführt, um beispielsweise um 5 Sekunden verzögert zu werden und wird dann der Addierstufe 3 zugeführt. Weiterhin werden die Eingangstonfrequenz-

signale direkt über einen vierten Pfad oder eine Leitung L* einer getrennten Addierstufe 6 zugeführt. Von der Addierstufe 3 erhält man Ausgangssch?ltsignale mit Nachhall, die Signalkomponenten enthalten, welche jeweils um 0,5 Sekunden, 2 Sekunden bzw. 5 Sekunden verzögert sind, und zwar für Frequenzen unterhalb von 1 kHz, während man für den Frequenzbereich zwischen 1 und 2,5 kHz Signalkomponenten erhält, die jeweils um 0,5 Sekunden und um 2 Sekunden verzögert sind, und man erhält schließlich eine Signalkomponente, die um 0,5 Sekunden verzögert ist, und zwar nur fur Frequenzen höher als 2,5 kHz. Das Schallsignal mit Nachhalleffekt von der Addierstufe 3 wird der Addierstufe 6 zugeführt, in welcher es mit den Eingangstonfrequenzsignalen zusammengefügt wird. Somit wird ein Schallsignal, zu welchem ein Schallsignal mit Nachhall addiert ist von der Addierstufe 6 an eine Ausgangsklemme 7 geliefert.

Die Verzögerungseinheiten (IA bis IQ können in bekannter Weise als Einrichtungen zur Übertragung elektrischer Ladungen ausgebildet sein. Eine solche Einrichtung tastet ein Eingangssignal mit einem Taktimpuls ab und liefert die abgetasteten Signale sequentiell. Wenn bei einer derartigen Einrichtung angenommen wird, daß ihre Bit-Zahl m beträgt und die Frequenz eines als Steuersignal verwendeten Taktimpulssignals f_c beträgt, dann läßt sich das Verzögerungszeitintervall r des Ausgangssignals im Verhältnis zu dem Eingangssignal ausdrücken durch die folgende Gleichung (1):

_τ=Μ

fc

O)

20

30

Demgemäß werden Taktimpulse mit derselben Frequenz verwendet, so daß das Verzögerungszeitintervall τ durch entsprechende Veränderung der Bit-Zahl m verändert werden kann. Wenn andererseits dieselbe Anzahl von Bits verwendet wird, kann das Verzögerungszeitintervall τ dadurch verändert werden, daß die Frequenz f_c der Taktimpulse verändert wird.

Um jedoch zu vermeiden, daß die Wiedergabetreue des verzögerten Signals im Verhältnis zu dem ursprünglichen Signal leidet, muß die Frequenz f_c des Taktimpulssignals höher liegen als die Maximalfrequenz/,,, des Signals, welches verzögert werden soll, und zwar muß sie wenigstens das Zweifache betragen. Wenn somit die Maximalfrequenz des Eingangstonfrequenzsignals 10 kHz beträgt, muß die Frequenz des Taktimpulssignals, welches die erste Verzögerungseinheit IA steuert, höher liegen als 20 kHz. Wenn die Taktimpulse derselben Frequenz verwendet werden und wenn das Zeitverzögerungsintervall durch Veränderung der Bit-Zahl m geändert wird, so führt dies zu dem Ergebnis, daß eine dritte Verzögerungseinheit IC mit einem Verzögerungszeitintervall τ von 5 Sekunden erforderlich ist, welches eine Bit-Zahl m mindestens 100000 aufweist und somit sehr teuer ist.

Aus diesem Grunde werden in der dargestellten Ausführungsform die Verzögerungszeitintervalle von der ersten zu der dritten Verzögerungseinheit IA bis IC dadurch verändert, daß die Frequenz der Taktimpulse verändert wird. Beispielsweise ist jede Bit-Zahl von der ersten zu der dritten Verzögerungseinheit IA bis IC derart gewählt, daß sie 10 000 beträgt, wobei ein Taktimpulssignal S_A mit einer Frequenz von 20 kHz der ersten Verzögerungseinheit IA zugeführt wird, um *>5 deren Verzögerungszeitinteivall auf 0,5 Sekunden einzustellen, während ein Taktimpulssignal Sb mit einer Frequenz von 5 kHz der zweiten Verzögerungseinheit IB zugeführt wird, um deren Verzögerungszeitintervall auf 2 Sekunden einzustellen, und schließlich wird ein Taktimpulssignal S_c mit einer Frequenz von 2 kHz der dritten Verzögerungseinheit IC zugeführt, um deren Verzögerungszeitintervall auf 5 Sekunden einzustellen. Wenn die Verzögerungszeitperioden verändert werden, indem die Frequenzen der Taktimpulse gemäß den obigen Ausführungen verändert werden, ist es nicht erforderlich, eine Verzögerungseinheit oder eine elektrische Ladungsübertragungseinrichtung mit einer großen Anzahl von Bits zu verwenden, so daß die Kosten dafür niedrig bleiben. Da weiterhin die Verzögerungszeitperiode willkürlich festgelegt werden kann, indem die Frequenz der Taktimpuise entsprechend geändert wird, kann die gewünschte Nachhallcharakterristik erreicht werden.

Wenn im obrigen Falle Signalkomponenten mit verschiedenen Verzögerungszeitintervallen für die Signalkomponenten desselben Frequenzbandes erreicht werden und wenn die Pegel der Signalkomponenten niedrig gehalten werden, wenn ihre Verzögerungszeitintervalle lang werden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, kann ein-Schallsignal mit natürlicherem Nachhallefiekt erzeugt werden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen praktische Ausführungsformen gemäß der Erfindung, wobei jeweils die erste bis dritte Verzögerungseinheit IA bis IC unter Beachtung der obigen Ausführungen ausgebildet ist und wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile wie in der Fig. 1 bezeichnen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht die erste Verzögerungseinheit IA, welche in die Leitung L\ eingeschaltet ist, aus der Anzahl η von Verzögerungselementen oder -leitungen DA\ bis DA_n und aus (n-1) Addierstufen MA\ bis MA_n.]- die zwischen benachbarten Verzögerungselementen liegen, die in Reihe geschaltet sind. In diesem Falle wird ein Eingangstonfrequenzsignal über einen Verstärker GAo der ersten Verzögerungsleitung DA\ und auch über Verstärker GA\ bis GA_n. 1 den Addierstufen MA\ bis MA„-\ zugeführt, und weiterhin wird die Bit-Zahl der Verzögerungsleitungen groß, um das Verzögerungszeitintervall lang zu gestalten, wenn die Verzögerungselemente zu den hinteren Stufen gelangen. In diesem Falle wird die Verstärkung der Verstärker vergrößert, welche mit den nachgeschalteten Addierstufen verbunden sind. Somit werden von der Verzögerungseinheit IA Signalkomponenten mit verschiedenen Verzögerungszeitintervallen für dasselbe Tonfrequenzsignal erhalten und ihre Pegel sind gemäß Fig. 3 verschieden. Die anderen Verzögerungseinheiten IB und 2Csind ähnlich aufgebaut, und somit sind ensprechende Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Symbole B und Canstelle des Symbols A verwendet sind.

Da bei der Ausführungsfonn gemäß Fig. 4 die Verzögerungszeitintervalle der jeweiligen Verzögerungsleitungen der Verzögerungseinheiten IB und IC, welche in die Leitungen L^ und L3 eingeschaltet sind, verhältnismäßig lang werden, werden auch die Zeitintervalle der Anzahl η der Signalkomponenten von den Verzögerungselementen verhältnismäßig lang, und folglich ist zu befürchten, daß derNachhalleffekt nachteilig beeinträchtigt wird. Um dies zu vermeiden, ist es ausreichend, das gemäß Fig. 4 Addierstufen 8 und 9 zwischen der Eingangsklemme 1 und der Verzögerungseinheit IA sowie zwischen dem Tiefpaßfilter 4 und der Verzögerungseinheit IB jeweils eingeschaltet werden Ausgangssignale von den Verzögerungseinheiten 25

Addierstufen 8 und 9 zugeführt werden. Somit werden Signalkomponenten von kurzen Zeitintervallen erhalten, und zwar zusammen für eine Frequenzkomponente mit einer Frequenz unterhalb von 1 kHz und für diejenige mit einer Frequenz unterhalb von 2,5 kHz, und somit wird der Nachhalleffekt nicht nachteilig beeinträchtigt.

In der Ausfuhrungsform gemäß der F i g. 5 ist die erste Verzögerungseinheit IA, die in eine Signalleitung L\ eingesetzt ist, aus einer Anzahl von η Verzögerungselementen oder -leitungen DA] bis DA_n ausgebildet, die in Kaskade geschaltet sind, wobei eine Addierstufe MA an die letzte Stufe der Verzögerungsleitung DA_n angeschlossen ist und wobei Verstärker GA\ bis GA^\ vorgesehen sind, welche mit Ausgangssignalen von den Verzögerungsleitungen DA\ bis DA„.\ beaufschlagt werden und dann ihre Ausgangssignale der Addierstufe MA zufuhren. In diesem Falle sind die Bit-Zahlen der Verzögerungsleitungen groß gewählt, damit die Verzögerungszeitintervalie lang werden, wenn sie von der vorhergehenden Stufe kommen, und die Verstärkungsfaktoren der Verstärker, denen die Ausgangssignale von der vorhergehenden Stufe der Verzögerungsleitungen zugeführt werden, sind groß gewählt. Die zweite und die dritte Verzögerungseinheit IB und IC, die jeweils in die Signalleitungen Li und Li eingefügt sind, sind in ähnlicher Weise aufgebaut, wie es aus der Fig. 5 hervorgeht.

In der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 6 besteht die erste Verzögerungseinheit IA, welche in die Signalleitung L\ eingesetzt ist, aus einer Addiereinrichtung MA, aus einer Anzahl η Verzögerungselementen oder -leitungen DA] bis DA_n, die mit der Addiereinrichtung MA und untereinander in Kaskade verbunden sind sowie aus einer Anzahl η von Verstärkern GA] bis GA_n, welche mit Ausgangssignalen von den Verzögerungsleitungen DAi bis DA_n beaufschlagt werden und dann ihre Ausgangssignale jeweils der Addiereinrichtung MA zuführen. In diesem Falle kann die Bit-Zahl oder das Verzögerungszeitintervall der jeweiligen Verzögerungsleitungen gleich gewählt werden, jedoch werden die Verstärkungsfaktoren der Verstärker, die mit ausgangssignalen von der vorhergehenden Stufe der Verzögerungsleitungen beaufschlagt werden, hoch gewählt. Die zweite und dritte Verzögerungseinheit IB und IC, die in die Signalleitungen Li und L₃ eingesetzt sind, sind ähnlich ausgebildet. In der Ausführungsform gemäß F i g. 6 kann es möglich sein, daß Filter F\ bis F_n mit verschiedenen Bandpaß-Eigenschaften zwischen die Rückfuhrleitungen von den Verzögerungsleitungen DA\ bis DA_nZM der Addiereinrichtung MA eingefügt sind. Die Addiereinrichtung MA ist in der F i g. 6 mit gestrichelten Linien dargestellt.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung läßt sich ein Schallsignal mit Nachhall leicht erzeugen, wobei es zu den Eigenschaften des erzeugten Signals gehört, daß ein langes Verzögerungszeitintervall für eine Signalkomponente mit einer niedriegen Frequenz vorgesehen ist, während ein kurzes Verzögerungszeitintervall für eine Signalkomponente mit einer hohen Frequenz vorgesehen ist, wie es bei einem natürlichen Nachhall bei einem Schallereignis der Fall ist. Insbesondere in demjenigen Fall, in welchem das Verzögerungszeitintervall dadurch ausgewählt wird, daß die Frequenz des Taktimpulssignales verändert wird, welches der elektrischen Ladungsübertragungseinrichtung zugeführt wird, kann die Bit-Zahl der elektrischen Ladungsübertragungseinrichtung klein sein, was dazu führt, daß ihr Aufbau einfach wird. Weiterhin kann das Verzögerungszeiiintervall willkürlich gewählt werden, und somit kann die gewünschte Nachhallcharakteristik beeinflußt werden.

Weiterhin ist es möglich, daß ein Eingangstonfrequenzsignal abgetastet wird, daß die abgetasteten Werte in ein digitales Signal umgewandelt werden, welches dann verzögert wird, und daß das verzögerte digitale Signal in ein analoges Signal rückgewandelt wird.

Die F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Taktimpulsgeneratorschaltung, welche die Taktimpulse S_A, Sh bzw. 5c erzeugt. Der Taktimpulsgenerator gemäß F i g. 7 besteht aus astabilen Multivibratoren 18, 19 und 20. Jeder der astabilen Multivibratoren 18, 19 und 20 weist ein Paar von Transistoren 21a und 21b auf. Der Kollektor des Transistors 21a ist über einen Kondensator 22o mit der Basis des Transistors 216 verbunden, der Kollektor des Transistors 216 ist über einen Kondensator 226 mit der Basis des Transistors 21a verbunden, die Verbindungspunkte zwischen den Kollektoren und den Basen der verschiedenen Transistoren sind über Widerstände mit einer Klemme +B einer Spannungsquelle verbunden und die Basen der Transistoren 21a und 21ö sind über die Widerstände 23a und 23Λ mit der Basisspannung beaufschlagt.

Die Basisspannungen für die astabilen Multivibratoren 18, 19 und 20 werden jeweils über Widerstände 24, 25 und 26 eines Emitterfolgers zugeführt, und die Basis der Transistoren 24 bis 26 ist jeweils über veränderbare Widerstände 27, 28 bzw. 29 mit einer Gleichspannung beaufschlagt. Die veränderbaren Widerstände 27 bis 29 sind zueinander parallelgeschaltet, wobei ihr einer gemeinsamer Verbindungspunkt mit der Klemme +B der Spannungsquelle verbunden ist und wobei ihr anderer gemeinsamer Verbindungspunkt mit dem bewegbaren Abgriff eines veränderbaren Widerstandes 30 verbunden ist, dessen fester Teil oder dessen eigentlicher Widerstand zwischen der Klemme +B der Spannungsquelle und Erde liegt.

Bei dem Impulsgenerator gemäß F i g. 7 werden die Schwingungsfrequenzen/i, fi und/3 der astabilen Multivibratoren 18,19 und 20 hoch, da die über die Widerstände 24,25 bzw. 26 angelegten Basisspannungen unter der Annahme groß werden, daß die jeweiligen Schaltelemente gleich gewählt sind. Wenn die bewegbaren Abgriffe der veränderbaren Widerstände 27 bis 29 in die Nähe der Spannungsquellenseite ihrer festen Teile oder ihrer eigentlichen Widerstände bewegt werden, werden die Schwingungsfrequenzen/i,/2 und/3 hoch. Wenn die veränderbaren Widerstände 27 bis 29 unabhängig eingestellt werden, wird die Bedingung f\ > f, > /3 oder S_A > Sb > Sc aufgebaut. Wenn die Ausganssignale von den astabilen Multivibratoren 18 bis 20 der ersten bis dritten Verzögerungseinheit als Taktimpulse zugeführt werden, können somit ihre Verzögerungszeitintervalle τι, Γ2 und T3 derart gewählt werden, daß die Bedingung τι < T2 < T3 erfüllt ist. In diesem Falle wirkt der veränderbare Widerstand 30 derart, daß die Schwingungsfrequenzen der astabilen Multivibratoren 18 bis 20 zusammen entweder hoch oder niedrig werden, und der bewegbare Abgriff des veränderbaren Widerstandes 30 wird entlang seinem festen Teil in der Nähe der Spannungsquellenseite erreicht, wobei die Schwingungsfrequenz von jedem der astabilen Multivibratoren 18 bis 20 hoch wird. Durch entsprechende Einstellung des veränderbaren Widerstandes 30 werden die astabilen Multivibratoren 18 bis 20 in ihrer Frequenzveränderung begrenzt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Nachhall, enthaltend

a) eine Anzahl von parallelgeschalteten Signalwegen zwischen einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß,

b) in den Signalwegen angeordnete Filter, die von einem am Eingangsanschluß eintreffenden Signal Komponenten unterschiedlicher Frequenzbereiche durch die einzelnen Signalwege hindurchlassen,

c) in den Signalwegen angeordnete Verzögerungseinrichtungen,

d) einen zwischen dem Ausgang der Signalwege und dem Ausgangsanschluß angeordnete Addierstufe,

gekennzeichnet durch

e) eine solche Ausbildung der Verzögerungseinrichtung (2Λ, 2B, IQ, das Signalkomponenten niedriger Frequenz langer verzögert werden als Signalkomponenten hoher Frequenz.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verzögerungseinrichtungen (z. B. IA) eine Anzahl von in Reihe geschalteten Verzögerungselementen (DA] ... DA„) enthalten, die an einen Taktimpulsgenerator (Anschluß S_A) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungselemente (z.B. DA\ ... DA_n) jeder Verzögerungseinrichgtung (z. B. IA) über Addierstufen (MA] ... MA^i) in Reihe geschaltet sind, wobei der Eingangsanschluß (1) über einzelne Verstärker (GA]... GA„.\) mit den Addierstufen (MA\ . . . MA_n.]) verbunden ist (F i g. 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungselemente (z. B. DA] ... DA„) jeder Verzögerungseinrichtung (z. B. 2A) unmittelbar in Reihe geschaltet und mit ihren Ausgängen über einzelne Verstärker (GA] . . . GA_n) an eine gemeinsame Addierstufe (MA) angeschlossen sind, die zwischen dem Eingangsanschluß (1) und der ersten Verzögerungseinrichtung (GA\) angeordnet ist (F i g. 6).