DE3142157C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung zur Gewinnung zweikanaliger Wiedergabesignale aus stereophonen Eingangssignalen.

Eine solche Schaltung ist in der DE-AS 12 69 187 beschrieben. Dort wird ein monophones Eingangssignal in zwei Signalpfade aufgespaltet, wobei das Signal in dem einen Kanal über ein Verzögerungsglied auf ein Dämpfungsglied gegeben wird, von welchem aus es über einen Entzerrer zu einem Summen- und Differenzwandler weitergeleitet wird, in welchem es mit dem über den anderen Kanal geleiteten Signal addiert bzw. von diesem Signal abgezogen wird. Die Summen- und Differenzwandler bilden eine erste Matrix. Vor dieser Matrix durchlaufen die beiden Signale veränderbare Pegelsteller. Die am Ausgang der ersten Matrixschaltung erhaltenen additiven und subtraktiven Signale werden über jeweils ein weiteres Dämpfungsglied und einen Entzerrer einem linken bzw. rechten Lautsprecher zugeführt, wodurch ein pseudostereophones Klangbild entsteht.

Nachteilig bei dieser bekannten Schaltung ist, daß dort eine Dämpfung sowohl vor der ersten Matrix als auch hinter der ersten Matrix durchgeführt wird. Der räumliche Klangeindruck wird bereits durch die Dämpfungsglieder, die vor der Additions- bzw. Subtraktionsstufe angeordnet sind, beeinflußt, so daß nicht die addierten bzw. subtrahierten Klangsignale zur Erzeugung des räumlichen Klangeffekts korreliert werden, sondern bereits das verzögerte mit dem nichtverzögerten Signal. Es läßt sich somit bei dieser bekannten Schaltung nicht ein bestimmter Korrelationskoeffizient zwischen den addierten und substrahierten Signalen einstellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signalverarbeitungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die gegenüber der bekannten Schaltung einen verbesserten, gerichteten räumlichen Klangeindruck zu verwirklichen erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Die Erfindung ermöglicht es, zunächst zwei Signalpfade zu erzeugen, auf denen vollständig unkorrelierte Signale, d. h. Signale mit dem Korrelationskoeffizienten Null hinter der ersten Matrixschaltung vorliegen. Diese Signale werden dann durch erste und zweite steuerbare Dämpfungsglieder gedämpft. Danach werden die gedämpften Signale erneut einer Matrixschaltung zur Differenz- bzw. Summenbildung zugeführt. Das Verhältnis der Dämpfungsglieder läßt sich so einstellen, daß dann hinter der zweiten Matrixschaltung Ausgangssignale einer jeweils gewünschten Korrelation, d. h. mit einem gewünschten gerichteten räumlichen Klangbild, erhalten lassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Der Verwendungsanspruch 4 beschreibt eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung in einer Stereowiedergabeschaltung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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

Fig. 2 ein Blockdiagramm, in dem die in Fig. 1 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung bei einer Stereowiedergabeeinrichtung verwendet wird.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, werden bei der dort dargestellten Schaltung aus einem unregelmäßigen, monophonen Tonsignal an einem Eingang EIN zwei Signale AUS-1 und AUS-2 mit einem bestimmten Korrelationskoeffizienten erhalten. Das unregelmäßige Signal e (t) wird einem Eingang eines Addiergliedes 2 durch ein Verzögerungselement 1, wie beispielsweise ein Kammfilter, zugeführt, während das Ausgangssignal des Verzögerungselementes 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 Phaseninversionsschaltung 3 bildet zusammen mit den beiden Addiergliedern 2 und 4 eine erste Matrixschaltung.

Die Ausgangssignale (A) (t) und (B) (t) der Addierglieder 4 und 2 werden durch variable Dämpfungsglieder 6 und 5 gedämpft, deren Dämpfungsfaktoren und jeweils durch Steuersignale CONT gesteuert werden. Hinter den Dämpfungsgliedern ist eine weitere, zweite Matrixschaltung, bestehend aus den Elementen 7, 8 und 9, vorhanden.

Dabei wird das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 5 direkt auf einen Eingang eines Addiergliedes 7 und außerdem auf einen Eingang eines Addiergliedes 9 geführt, wobei vorher durch eine Phaseninversionsschaltung 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 τ bezeichnet wird, dann können die Ausgangssignale A (t) und B (t) der Addierglieder 4 und 2 ausgedrückt werden durch

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

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

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

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

Weil e (t) und e (t-τ ) 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 e₀₁ (t) und e₀₂ (t) der Addierglieder 7 und 9 lassen sich wie folgt darstellen:

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

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

Wenn in der Gleichung (7) der Ausdruck H (=β/α) von Null zu +∞ geändert wird, dann verschiebt sich der Korrelationskoeffizient R der Ausgangssignale e₀₁ (t) und e₀₂ (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 β der Dämpfungseinrichtung 5 und 6 durch die Steuersignale CONT entsprechend gesteuert werden, dann können die beiden Signale e₀₁ (t) und e₀₂ (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 einen gerichteten Raumeindruck 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 Bandsperrfilter 11 und 12 (in Fig. 2 als "BEF" für "Bandeliminationsfilter" bezeichnet) den Eingängen der Addierglieder 13 bzw. 14 zugeführt. Die Bandsperrfilter 11 und 12 dienen dazu, Signalanteile in einem bestimmten Frequenzbereich zu unterdrücken; die Restsignale für den linken und rechten Kanal, bei denen Signalanteile in dem bestimmten Frequenzbereich eliminiert sind, werden den Eingängen der Addierglieder 13 bzw. 14 zugeführt. Die Kanalsignale L (t) und R (t) werden in einem Addierglied 15 einer Addition unterworfen; das sich ergebende Ausgangssignal L (t) +R (t) wird einem Bandpaßfilter 16 zugeführt (das in Fig. 2 als BPF für "Band-Paß-Filter" bezeichnet ist). Dieses Bandpaßfilter ermöglicht den Durchgang von Signalanteilen innerhalb des bestimmten Frequenzbereichs. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 16 stellt das unregelmäßige Signal e (t) dar, es wird der Signalverarbeitungsschaltung 10 nach der Erfindung zugeführt. Dadurch werden zwei Signale e₀₁ (t) und e₀₂ (t) erhalten, deren Korrelationskoeffizient auf einen gewünschten Wert eingestellt ist. Diese beiden Signale e₀₁ (t) und e₀₂ (t) werden den anderen Eingängen der oben beschriebenen Addierglieder 13 bzw. 14 zugeführt. Die additiven Ausgangssignale der Addierglieder 13 und 14 werden als Wiedergabesignale L′(t) und R′(t) für den linken und rechten Kanal für die Erregung des Lautsprechersystems verwendet.

Durch die oben beschriebene Signalverarbeitung kann sogar bei einem Stereosystem, bei dem der Abstand zwischen den Lautsprechern relativ klein ist, 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 dem 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, verarbeitet, weil die niedrigen Frequenzkomponenten durch das Verzögerungselement 1 möglicherweise einer Änderung der Tonfarbe unterworfen werden und die hohen Frequenzkomponenten nicht stark zu der Erhöhung des gerichteten Raumeindrucks beitragen. Das Bandpaßfilter 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 Bandsperrfilter 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 räumliche Klangwiedergabe eines Stereo-Radio- und/oder Kassetten-Aufzeichnungsgerätes oder eines Fernsehgerätes mit Klangmultiplex stark erweitert und verbessert werden.

Claims (4)

1. Signalverarbeitungsschaltung, bei der ein monophones Tonsignal auf zwei Signalpfade aufgespaltet wird, von denen einer eine Verzögerungseinrichtung enthält, mit einer ersten Matrixschaltung, die aus dem unverzögerten und dem verzögerten Eingangssignal ein Summen- und ein Differenzsignal bildet und mit steuerbaren Dämpfungsgliedern für das Summen- und Differenzsignal, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Matrixschaltung (7, 8, 9) vorgesehen ist, die aus den durch die Dämpfungsglieder (5, 6) gedämpften Signalen erneut ein Summen- und ein Differenzsignal (aus-1; aus-2) bildet.

2. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Matrixschaltung jeweils aus Addiergliedern (2, 4; 7, 9) und einer Phasenumkehrstufe (3; 8) bestehen.

3. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (1) ein Kammfilter aufweist.

4. Verwendung der Signalverarbeitungsschaltung nach einem der vorausgegangenen Ansprüche zur Gewinnung zweikanaliger Wiedergabesignale aus stereophonen Eingangssignalen mittels folgender Verfahrensschritte:

• a) aus den stereophonen Eingangssignalen wird ein Summensignal gebildet, welches mittels eines Bandpaßfilters auf einen vorgegebenen Frequenzbereich begrenzt und an den Eingang der Signalverarbeitungsschaltung gelegt wird;
• b) in jedem der stereophonen Eingangssignale wird der vorgegebene Frequenzbereich durch ein Bandsperrfilter unterdrückt, wodurch stereophone Restsignale entstehen;
• c) die stereophonen Restsignale werden jeweils mit einem der Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung zu den zweikanaligen Wiedergabesignalen vereint.