DE3142157A1

DE3142157A1 - Signalverarbeitungsschaltung

Info

Publication number: DE3142157A1
Application number: DE19813142157
Authority: DE
Inventors: Mori Tokorozawa Saitama Shuichi
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1980-10-24
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3142157C2; GB2086199A; GB2086199B; GB2141008A; US4449229A; GB2141008B; GB8415684D0

Description

Signalverarbeitungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung, und insbesondere eine Signalverarbeitungsschaltung, die zur Verarbeitung von Stereosignalen eingesetzt werden kann.
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Bei einem kompakten Stereosystem sind die Lautsprecher ziemlich nahe beieinander angeordnet, so daß sich kein ausreichender Stereoeffekt, also kein betonter Raumklang, ergibt. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist eine Vielzahl von Techniken vorgeschlagen worden. Keine dieser Techniken arbeitet jedoch befriedigend.

Eine der herkömmlichen Techniken verwendet die Korrektur einer Übertragungsfunktion, um dem wiedergegebenen Klang ein gerichtetes Raumgefühl hinzuzufügen, d.h., die von den Lautsprechern abgestrahlten Töne klingen so, als hätten die Lautsprecher einen großen Abstand voneinander. Wenn die Übertragungsfunktion korrigiert wird, muß jedoch die Lage des Hörers vorher genau festgelegt werden, so daß die Wirkung dieses Effektes stark von der Lage des Hörers außerhalb der vorher festgestellten Position abhängt.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine SignalVerarbeitungsschaltung zu schaffen, die Signale zur Verbesserung des gerichteten? räumlichen Klangefühls erzeugt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß das gerichtete, räumliche Klanggefühl beim Hören der wiedergegebenen Klänge dem Korrelationskoeffi-

-V-1»

zienten des wiederzugebenden Signals entsprechen sollte. Ein spezifisches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein Eingangssignal, wie beispielsweise ein Audio-Signal, das im normalen Zustand unregelmäßig ist (ein solches Signal soll im folgenden als "unregelmäßiges bzw. irreguläres Signal" bezeichnet werden) und ein verzögertes Signal des Eingangssignals dazu benutzt werden, erste und zweite, nicht korrelierte Signale mit dem Korrelationskoeffizieten "Null" zu erzeugen.

Das erste und zweite Signal werden durch erste bzw. zweite variable Dämpfungseinrichtungen gedämpft. Die Ausgangssignale der beiden Dämpfungseinrichtungen werden einer Addition unterworfen, um ein erstes additives Ausgangssignal zu bilden; das invertierte Ausgangssignal der ersten Dämpfungseinrichtung und das Ausgangssignal der zweiten Dämpfungseinrichtung werden addiert, um ein zweites additives Ausgangssignal zu bilden. Das Verhältnis der Dämpfungsfaktoren der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung wird so gesteuert, daß der Korrelationskoeffizient dieser beiden additiven Ausgangssignale auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Stereosignal für den linken und den rechten Kanal addiert und das sich ergebende, additive Ausgangssignal· gefiltert, um ein bestimmtes Bandsignal zu erzeugen. Das so erhaltene Signal für ein bestimmtes Band wird verarbeitet und in zwei Signale aufgeteilt, deren Korrelationskoeffizienten näherungsweise gleich dem Korrelationskoeffizienten der Ohren eines Zuhörers in einem Raumfeld mit gestreuten Klangwellen sind. Diese korrelierten Signale werden jeweils zu dem Stereosignal für den linken bzw. rechten Kanal addiert, von denen

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das Signal für das bestimmte Band eliminiert wird, wodurch sich vollständige Ausgangssignale für die Wiedergabe von Stereoklängen ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform, die bei einer Stereowiedergabeeinrichtung nach der Erfindung eingesetzt wird,,

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Schaltung werden aus einem unregelmäßigen Signal an einem Eingang IN zwei Signale OUT-1 und OUT-2 mit einem bestimmten Korrelationskoeffizienten erhalten. Das unregelmäßige Signal e (t) wird einem Eingang eines Addiergliedes 2 durch ein Verzögerungseleraent 1, wie beispielsweise ein Kammfilter, zugeführt, während das Ausgangssignal des Verzögerungselements 1 durch eine Phaseninversionsschaltung 3 an einen Eingang eines Addiergliedes 4 angelegt wird=, Weiterhin wird das unregelmäßige Signal e(t) direkt auf die anderen Eingänge der Addierglieder 2 und 4 gegeben. Die Ausgangssignale A Ct) und B(t) der Addierglieder 4 und 2 werden durch variab-Ie Dämpfungseinrichtungen 6 und 5 ged pft, deren Dämpfungsfaktoren α und β jeweils durch Steuersignale CONT gesteuert werden. Das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 5 wird direkt auf einen Eingang eines Addiergliedes 7 und außerdem auf einen Eingang eines Addiergliedes 9

geführt, wobei vorher durch eine Phaosninversionsschaltung 8 eine Phaseninversion bzw. Phasenumkehr erfolgt. Das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 6 wird auf die anderen Eingänge der Addierglieder 7 und 9 geführt. Die Ausgangssignale OUT-1 und OUT-2 der Addierglieder 7 und 9 werden als zwei Signale mit dem gewünschten Korrelationskoeffizienten verwendet. Wenn die Verzögerungszeit des Signals in dem Verzögerungselement 1 mit "¹C bezeichnet wird, dann können die Ausgangssignale A (t) und B(t) der Addierglieder 4 und 2 ausgedrückt werden durch

A(t) = e(t) - e(t - τ)

B(t) - e(t) - e(t -τ) ■

Im allgemeinen ist der Korrelationskoeffizient R von zwei unregelmäßigen Signalen x(t) und y(t):

· yCt)

/xCt)² - y(t)²

Dabei bedeuten: x(t)² und y(t)² die zeitlichen Mittelwerte von x(t)² bzw. y(t)², und x(t) * y Ct) den zeitlichen Mittelwert von x(t); · y(t).

Damit kann der Korrelationskoeffizient der beiden Signale gemäß Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt werden:

^^T {t}

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- sr-

Der Zähler von Gleichung (3) läßt sich wie folgt umformen :

*p—*co .

Weil e(t) und e(t-T") unregelmäßige Signale sind, wird der Zähler Null. Es läßt sich also erkennen, daß die beiden Signale A(t) und B(t) nicht korrelierte Signale mit dem Korrelationskoeffizienten "Null" sind.

Die Ausgangssignale e_Q1 (t) und e-^

der 7 und 9 lassen sich wie folgt darstellen:

e Ct) = o.A(t) + ß-B(t)

der Addierglie

e_O2(t) = a-A(t) - B-B(t)

(4)

Unter Verwendung von Gleichung (2) kann also der Korre lationskoeffizient der beiden Ausgangssignale durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

R=

VI {G>A£tM-/?.H£)} {α·Α(ί)-/··Β(ί)} dt

Wenn die Gleichung (5) unter Verwendung der folgenden Beziehungen (6) umformuliert wird, läßt sich die folgende Gleichung (7) erhalten:

ß/a =

(6)

^R"T7ir w

Wenn in der Gleichung (7) der Ausdruck H (= β/α) von Null zu + **> geändert wird, dann verschiebt sich der Korrelationskoeffizient R der Ausgangssignale e„^(t) und e_Q2(t) kontinuierlich im Bereich von -1 zu +1. Wenn dementsprechend das Verhältnis der Dämpfungsfaktoren (H = β/α) auf einen geeigneten Wert eingestellt wird, indem die Dämpfungsfaktoren α und ß der Dämpfungseinrichtung 5 und' 6 durch die Steuersignale CONT entsprechend gesteuert werden, dann können die beiden Signalen e_n1(t) und e«„(t) mit dem gewünschten Korrelationskoeffizienten aus einem einzigen unregelmäßigen Signal e(t) erhalten werden.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Stereowiedergabesignale durch die Signalverarbeitungsschaltung 10 verarbeitet werden, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, um ein gerichtetes Raumgefühl zu erzeugen. In Fig. 2 sind ähnliche Bauteile, wie sie bereits in Fig. 1 dargestellt wurden, mit den gleichen Bezugszeichen oder Ziffern versehen.

Die Stereosignale L(t) und R(t) für den linken und rechten Kanal werden zur Wiedergabe durch Bandsperren bzw. Sperrfilter 11 und 12 (die im folgenden als BEFs für "Bandeliminationsfilter" bezeichnet werden sollen) den Eingängen der Addierglieder T3 bzw.14 zugeführt. Die BEFs dienen dazu, ein bestimmtes Bandsignal zu eliminieren bzw. zu unterdrücken; die Signale für den linken und rechten Kanal, von denen das bestimmte Band-

"35 signal eliminiert ist, werden den Eingängen der Addier-

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- Tf-

glieder 13 bzw. 14 zugeführt. Die Kanalsignale L(t) und R(t) werden in einem Addierglied 15 einer Addition unterworfen5 das sich ergebende Ausgangssignal L(t) + Rit) wird einem Bandpaßfilter 16 zugeführt (das im folgenden als BPF für "Band-Paß-Filter" bezeichnet werden soll). Dieses BPF ermöglicht den Durchgang des bestimmten Bandsignals. Das Ausgangssignal des BPF 16 in Form des unregelmäßigen Signals e(t) wird der Signalverarbeitungsschaltung 10 nach der Erfindung zugeführt. Dadurch werden zwei Signale e_Q1 (t) und e_Q2(t) erhalten, deren Korrelationskoeffizient auf einen gewünschten Wert eingestellt ist. Diese beiden Signale e_Q1(t) und e_Q2(t) werden den anderen Eingängen der oben beschriebenen Addierglieder 13 bzw«, 14 zugeführt. Die additiven Ausgangssignale der Addierglieder 13 und werden als Wiedergabesignale L'(t) und R'(t) für den linken und rechten Kanal für die Erregung des Lautsprecher systemsverwendet.

Durch die oben beschriebene Signalverarbeitung kann sogar bei einem Stereosystem, bei dem der Abstand zwischen den Lautsprechern relativ klein ist_f ein gerichtetes Raumgefühl erzeugt werden. Im Grunde wird das Verhältnis H der Dämpfungsfaktoren der Dämpfungseinrichtungen 5 und 6 so gesteuert, daß der Korrelationskoeffizient der Ohren des Zuhörers relativ zu dein von den Lautsprechern ausgehenden Klang näherungsweise gleich dem Korrelationskoeffizienten in einem Raumfeld mit diffusem bzw. gestreutem Klang wird»

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden durch die Signalverarbeitungsschaltung 10 nur die mittleren Frequenzkomponenten, die stark zu der Verstärkung des gerichteten Raumklangs beitragen,, verar-

beitet, weil die niedrigen Frequenzkomponenten durch das Verzögerungselement 1 mögl·icherweise einer Änderung der Tonfarbe unterworfen werden und die Hochfrequenzkomponente lichtstark zu der Erhöhung des gerichteten Raumgefühls beitragen. Das BPF 16 soll also ermöglichen, daß die mittleren Frequenzkomponenten der Stereosignale für den linken und rechten Kanal der Signalverarbeitungseinrichtung 10 zugeführt werden.

Die Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung 10 werden auf die Addierglieder 13 und 14 gegeben, denen auch die Signale für den linken und rechten Kanal zugeführt werden; aus diesen Signalen ist jedoch durch die BEFs 11 und 12 die mittlere Frequenzkomponente entfernt worden. Damit liefern also die Addierglieder 13 und 14 vollständige Stereobandsignale mit dem gewünschten Korrelationskoeffizienten.

Durch die hier beschriebene Signalverarbeitungsschaltung kann die Klangwiedergabe in dem Raumfeld eines Stereo-Radio- und/oder Kassetten-Aufzeichnungsgerätes oder eines Fernsehgerätes mit Klangmultiplex stark erweitert und verbessert werden.

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Claims

Signalverarbeitungsschaltung

Patentansprüche

lly Signalverarbeitungsschaltung, gekennzeich net durch eine Einrichtung (1, 2, 3, 4) zur Erzeugung von nicht korrelierten Signalen, nämlich eines ersten und eines zweiten Signals von einem unregelmäßigen Eingangssignal und von einem Signal, das durch Verzögerung des unregelmäßigen Eingangssignals erhalten wird, wobei das erste und zweite Signal nicht miteinander korreliert sind und den Korrelationskoef-< fizienten "Null" haben, weiterhin durch eine erste und zweite, variable Dämpfungseinrichtung (5, 6) für die Dämpfung des ersten bzw. zweiten Signals, durch ein

erstes Addierglied (7) für die Addition der Ausgangssignale der ersten und zweiten variablen Dämpfungseinrichtung (5, 6), und durch ein zweites Addierglied (9) für die Addition eines invertierten Ausgangssignals der zweiten variablen Dämpfungseinrichtung (5) und des Ausgangssignals der ersten variablen Dämpfungseinrichtung (6), wobei das Verhältnis der Dämpfungsfaktoren der ersten und zweiten variablen Dämpfungseinrichtung (5, 6) so gesteuert werden, daß der Korrelalationskoeffizient der Ausgangssignale des ersten und zweiten Addiergliedes (7, 9) auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.
2. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von nicht-korrelierten Signalen eine Verzögerungseinrichtung (1) für die Verzögerung des unregelmäßigen Eingangssignals zur Erzeugung eines verzögerten Ausgangssignals, ein drittes Addierglied (4) für die Addition eines Signals, das durch Inversion des verzögerten Ausgangssignals erhalten wird, und des unregelmäßigen Eingangssignals, und ein viertes Addierglied (2) für die Addition des verzögerten Ausgangssignals und des unregelmäßigen Eingangssignals aufweist, und daß das dritte und vierte Addierglied (2, 4) jeweils das erste bzw. zweite Signal liefern.
3. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (1) ein Kammfilter aufweist.
4. Stereowiedergabeeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Durchführung einer Addition der bestimmten Bandsignale von zwei Stereo-KanalSignalen,

um ein additives Signal zu erzeugen, und zur Extraktion eines bestimmten Bandsignals von dem additiven Signal, weiterhin durch eine Einrichtung zur Erzeugung von zwei korrelierten Signalen mit dem gewünschten Korrelationskoeffizienten durch Verwendung des additiven Signals und eines verzögerten Signals, das durch Verzögerung des additiven Signals erhalten wird, und durch eine Einrichtung zur Addition der beiden korrelierten Signale zu den beiden Stereokanal-Signalen, aus denen das bestimmte Bandsignal eliminiert wird, um die Wiedergabesignale für die beiden Stereokanäle auszugeben.
5. Stereowiedergabeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der korrelierten Signale eine Einrichtung (1, 2, 3, 4} zur Erzeugung von nicht korrelierten Signalen, nämlich ersten und zweiten Signalen aus dem additiven Signal und dem verzögerten Signal, wobei das erste und zweite Signal nicht miteinander korreliert sind und den Korrelationskoeffizienten "Null" haben, weiterhin eine erste und zweite variable Dämpfungseinrichtung (5, 6) für die Dämpfung des ersten bzw. zweiten Signals, ein erstes Addierglied (7) für die Addition der Ausgangssignale der ersten und zweiten variablen Dämpfungseinrichtung (2, 4) und ein zweites Addierglied (8) für die Addition des invertierten Ausgangssignals der zwei-. ten variablen Dämpfungseinrichtung (5) und des Ausgangssignals der ersten variablen Dämpfungseinrichtung (6) aufweist, wobei die Ausgangssignale des ersten und zweiten Äddiergliedes (7„ 8) die beiden korrelierten Signale bilden=
6. Stereowiedergabeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der

nicht korrelierten Signale ein drittes Addierglied (4) für die Addition eines Signals, das durch Inversion des verzögerten Signals erhalten wird, und des additiven Signals, und ein viertes Addierglied (2) für die Addition des verzögerten Signals und des additiven Signals aufweist, wobei die Ausgangssignale des dritten und vierten Addiergliedes (2, 4) das erste bzw. zweite Signal bilden.
7. Stereowiedergabeeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögerte Signal von einem Kammfilter erzeugt wird.