DE4102078C2 - Toneffektgerät zur Erzeugung von Nachhalleffekten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Toneffektgerät und ein Verfahren zur Erzeugung von Nachhalleffekten nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5. Solche Nachhallerzeugungen sind bekannt (z. B. DE 27 19 276 C2).

In letzter Zeit sind viele technische Entwicklungen auf dem Gebiet der Audiogeräte gemacht worden. Beispielsweise wird bei einem Audiogerät weitverbreitet ein stereophones System be­ nutzt. Auch ein digitales System zur Verarbeitung von Audio­ signalen wird häufig benutzt. Diese Systeme machen den wieder­ gegebenen Ton einem originalen Ton sehr ähnlich.

Außerdem besteht in den letzten Jahren eine starke Nachfrage oder Forderung nach Toneffekt-Verarbeitungsgeräten, die ein spezielles, für die Vorliebe des Hörers geeignetes wiederge­ gebenes Tonfeld durch Verwendung eines Audioquellensignals, beispielsweise eines Musiksignals, erzeugen können.

Zur Befriedigung dieser Nachfrage gibt es ein Toneffektsystem, welches einen digitalen Tonprozessor beispielsweise als Um­ gebungssystem benutzt. Bei dem Umgebungssystem werden für Zweikanal-Audio-Eingabesignale verschiedene Signalverarbei­ tungsarten ausgeführt. Folglich wird beim Ausgeben von Vier­ kanaltönen ein Tonfeld gebildet, welches Hörer umgibt.

Beispielsweise wird in "Digital Sound Processor for Sound Field Control LSI, TC933 ON" von Atsushi Kondo, Kazuhitu Nakanishi, Yoshihiro Iwamoto in TOSHIBA REVIEW, Vol. 42, No. 12, 1987, ein digitaler Tonprozessor zur Tonfeldsteuerung be­ schrieben. In "Digital Audio System" von Masahide Nagumo, Akira Sasaki, Yo Yoshida in TOSHIBA REVIEW, Vol. 42, No. 12, 1987, wird ein mit einem digitalen Tonprozessor ausgerüstetes digitales Audiosystem beschrieben. Beide Veröffentlichungen sind durch Nennung Bestandteil dieses Textes.

Unter der Annahme eines Tonfeldes ähnlich dem einer Konzert­ halle wird die Hallenakkustik als ein Element bei der Ent­ wicklung des Toneffektsystems betrachtet. Zur Erzeugung eines mit Präsenz, Wucht oder Eindruckskraft erfüllten Tonfeldes werden verschiedene Zurückwerf- oder Nachhallkomponenten einem Grund- oder Basiston hinzuaddiert.

Wenn in einem Raum ein Tonfeld, wie in Fig. 4 gezeigt, wiedergegeben wird, ist der Hörer tatsächlich einem in Fig. 4(c) gezeigten zusammengesetzten Ton ausgesetzt, der aus dem von einem Sprecher ausgesandten Grundton und hinzuaddierten Nachhallkomponenten (gezeigt in Fig. 4(a)) sowie aus in dem Raum beispielsweise durch Reflexionen an Raumwänden usw. erzeugten und in Fig. 4(b) gezeigten zurückgeworfenen oder nachhallenden Tönen besteht. Die addierten Nachhallkomponen­ ten können durch einen digitalen Signalprozessor erzeugt werden und sind in den Fig. 4(a) und 4(b) mit R1, R2, R3 und R4 bezeichnet. Diese addierten Nachhallkomponenten werden vom Sprecher ausgesandt und sind hinter dem Grundton etwas zeitverzögert. Die im Raum erzeugten Raumnachhallkomponenten erscheinen nach dem Grundton und wiederum nach dem addierten Nachhall vom Sprecher.

Im Produkt-Entwicklungsstadium ist es wünschenswert, Töne nie­ driger Lautstärke, die sehr schwach sein können, einzufangen, so daß die Aufnahmebedingungen auf einer vergleichsweise großen Tonlautstärke basieren. Jedoch hört in einem Raum eines Hauses der Hörer den Ton (Musik) bei einer viel reduzierteren Lautstärke, verglichen mit der Aufnahmelautstärke, um Nachbarn nicht zu stören oder aus verschiedenen anderen Einschränkun­ gen. Deshalb treten folgende Probleme auf. Die in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt, sind beim Abspielen des Tons im Raum mit niedriger Lautstärke die addierten Nachhallkomponenten niedrigen Pegels mit relativ zum Grundton langer Verzögerungs­ zeit zum Hören zu niedrig. Sie können auch durch Raumgeräusche verdeckt sein. Dies hat zur Folge, daß dem resultierenden ge­ hörten Ton viele der Nachhalleigenschaften fehlen, die in der "Präsenz" des Tones im Vergleich zum ursprünglich erzeugten oder bei hoher Lautstärke gehörten Ton resultieren.

Wie es aus der wohlbekannten Fletcher-Munson-Kontur des menschlichen Ohres entnehmbar ist, wird es im Fall von Tönen niedrigen Pegels sehr schwer, die Höhen und Bässe zu erfassen. Dies hat zur Folge, daß der reproduzierte Ton der Leistung und Klarheit entbehrt. Als die einen solchen schlechten Ton korri­ gierende Technik ist ein Lautstärkeschaltkreis oder dergl. wohl­ bekannt. Diese Korrektur des Basis- oder Grundtones ist jedoch nicht befriedigend.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Toneffektgerät und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches einen verbesserten Nachhalleffekt bei niedriger Lautstärke erzeugt.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem mit einem Toneffektgerät gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 5.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Dieser und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Be­ schreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Toneffektgeräts,

Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild eines in Fig. 1 gezeigten digitalen Tonprozessors,

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Wirkung des in Fig. 1 gezeigten Toneffektgeräts zeigt, wobei Fig. 3(a) einen Nachhallton vor Empfang der Pegelkontroll­ eigenschaft der Erfindung und Fig. 3(b) einen Nachhallton nach Empfang der Pegelkontrolleigen­ schaft der Erfindung zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm einer Nachhallcharakteristik in einem Raum, wobei Fig. 4(a) von einem Sprecher abgegebene Töne, Fig. 4(b) die Akkustiken des Raumes und Fig. 4(c) den zusammengesetzten Ton des Sprechers im Raum zeigt,

Fig. 5 die Nachhallcharakteristiken, wenn der Lautstärkepegel des Grundtones erniedrigt ist, wobei Fig. 5(a) die Nachhallcharakteristik vor dem Lautstärkeherabsetzen, beispielsweise bei hoher Lautstärke, und Fig. 5(b) eine Nachhallcharakteristik nach dem Lautstärkeherab­ setzen, beispielsweise bei niedriger Lautstärke, zeigt.

Nach Fig. 1 empfängt ein Audiosignal-Eingangsanschluß 11 ein Audiosignal. Das Audiosignal wird beispielsweise von einem CD-Spieler - CD steht für Compact Disc - einem Bandspieler, einem Videokassettenrekorder oder einem LD-Spieler - LD steht für Laser Disc - usw. geliefert. Das Audiosignal wird durch ein Tiefpaßfilter 12 einem Analog/Digitalwandler zugeführt. Das Tiefpaßfilter 12 entfernt unerwünschte Hochfrequenzkompo­ nenten aus dem Audiosignal. Die Audiosignalausgabe aus dem Tiefpaßfilter 12 ist ein Analogsignal. Der Analog/Digitalwand­ ler 13 wandelt das analoge Audiosignal in ein digitales Audio­ signal um. Das digitale Audiosignal ist einem digitalem Ton­ prozessor 14 zugeführt. Im digitalen Tonprozessor 14 wird ein Nachhalleffektprozeß durch Hinzufügen eines oder mehrerer Nachhallsignale zum Audiosignal ausgeführt. Die auf diese Weise erzeugten Nachhalltonsignale korrespondieren beispiels­ weise zu Nachhalltönen in einer Konzerthalle oder anderen Tonfeldern.

Die Nachhalltonsignale werden in analoge Nachhalltonsignale durch Digital/Analogwandler 15 und 16 umgewandelt. Die ana­ logen Nachhalltonsignale werden durch Tiefpaßfilter 17 und 18 Verstärkern 19 und 20 zugeführt. Die Tiefpaßfilter 17 und 18 entfernen unerwünschte Hochfrequenzkomponenten aus den analogen Nachhalltonsignalen. Die Verstärker 19 und 20 ver­ stärken die Nachhalltonsignale und führen dann die Signale Lautsprechern 21 und 22 zu. Das Ergebnis ist in Fig. 4(a) gezeigt, wobei Nachhalltöne R1, R2, R3 und R4 dem Grundton mittels des in Fig. 1 gezeigten Geräts hinzuaddiert werden.

Die Fig. 1 zeigt der Einfachheit halber nur einen Kanal des Audiosignal-Verarbeitungsgeräts. Das Audiosignal-Verarbei­ tungsgerät umfaßt jedoch im allgemeinen zwei Kanäle zum Ver­ arbeiten stereophon bezogener Signale. Dann sind tatsächlich vier Sätze Lautsprecher vorne links und rechts und hinten links und rechts angeordnet. Auf diese Weise geben die Lautsprecher für Hörer einen spezifischen Toneffekt gemäß den Nachhalltonsignalen.

Eine Lautstärkesteuerung 23, beispielsweise ein Potentiometer, führt eine Lautstärkesteuerung durch die Positionierung, bei­ spielsweise Drehung eines Einstellanschlusses durch manuelle Betätigung durch den Hörer aus. Die geteilte Spannung am Einstellanschluß der Lautstärkesteuerung 23 wird durch einen Analog/Digitalwandler 24 einem Mikrocomputer 25 zuge­ führt. Der Mikrocomputer 25 ist von herkömmlichem Design und herkömmlicher Konstruktion. Der Mikrocomputer 25 detektiert die Lautstärke und die detektierten Lautstärkedaten werden dem digitalen Tonprozessor 14 zugeführt.

Nach Fig. 2 ist der digitale Tonprozessor 14 aus mehreren Verzögerungsleitungen 31a und 31b, mehreren Pegelsteuergerä­ ten 32a und 32b und Addierern 33a, 33b und 33 aufgebaut. Die Verzögerungsleitungen 31a und 31b verzögern die Tonsignale um verschiedene Verzögerungszeiten. Die mehreren Pegelsteuerge­ räte 32a und 32b sind als zu jeder der Verzögerungsleitungen 31a und 312b korrespondierend vorgesehen. Die Pegelsteuer­ geräte 32a und 32b erzeugen Nachhalltonsignale durch Herab­ setzen von Audiosignalen, die in sie durch die korrespondie­ renden Verzögerungsleitungen 31a und 31b eingegeben werden, wobei verzögerte Tonsignale niedrigerer Amplitude erzeugt werden. Die Verzögerungsleitungen und ihre korrespondierenden Pegelsteuergeräte sind in Gruppen verbunden, von denen zwei in der Fig. 2 gezeigt sind. Der Addierer 33a addiert zusammen mit einem der Addierer 33 (der obere Addierer 33 nach Fig. 2) das Nachhalltonsignal der Verzögerungsleitungen 31a und der Pegelsteuergeräte 32a zum Audiosignal, und der Addierer 33b addiert zusammen mit dem anderen Addierer 33 (der untere Addierer 33) das Nachhalltonsignal der Verzögerungsleitungen 31b und der Pegelsteuergeräte 32b zum Audiosignal. Die obere der zwei Gruppen Verzögerungsleitungen und Pegelsteuergeräte ist mit dem vorderen und linken hinteren Lautsprecher und die untere der beiden Gruppen Verzögerungsleitungen und Pegel­ steuergeräte mit dem vorderen und hinteren rechten Laut­ sprecher verbunden, so wie es gezeigt ist. Es sei darauf hin­ gewiesen, daß die Zahl der Verzögerungsleitungen und die Größe der Verzögerung in jeder Verzögerungsleitung jeder Gruppe gleich oder von Gruppe zu Gruppe verschieden sein kann, so daß ähnliche oder verschiedene Nachhallsignale im linken und rech­ ten Kanal erzeugt werden.

Im digitalen Tonprozessor 14 werden die folgenden drei Zu­ stände voreingestellt:

• 1) die Verzögerungszeit jeder Verzögerungsleitung 31a, 31b,
• 2) der Wert einer Herabsetzung des Lautstärkepegels durch jedes Pegelsteuergerät 32a, 32b, und
• 3) die Zahl der Kombinationen der benutzten Verzögerungs­ leitungen 31a, 31b und der benutzten Pegelsteuergeräte 32.

Ungeachtet dieser voreingestellten Bedingungen und gemäß der Erfindung ist jedoch jeder Wert der Pegelerniedrigung durch jedes Pegelsteuergerät 32a, 32b in Abhängigkeit von der vom Mikrocomputer 25 erfaßten Lautstärke einstellbar. Das Pegel­ steuergerät 32a, 32b mit der dazu korrespondierenden Verzöge­ rungsleitung 31a, 31b mit einer längeren Verzögerungszeit ändert das Maß der Pegelerniedrigung um einen kleineren Be­ trag, so daß die Amplitude des korrespondierend erzeugten Nachhalltones erhöht wird.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen digitalen Tonpro­ zessors 14 wird detaillierter beschrieben. Zuerst wird in dem Lautstärkesteuerelement 23 eine Lautstärke eingestellt und diese Lautstärke wird vom Mikrocomputer 25 erfaßt. Dann werden die Lautstärkedaten in jedes Pegelsteuergerät 32a, 32b des digitalen Tonprozessors 14 eingegeben. Jedes Pegelsteuergerät 32a, 32b vergleicht die vom Mikrocomputer 25 erfaßte einge­ stellte Lautstärke mit der voreingestellten Lautstärke des digitalen Tonprozessors. Dies hat zur Folge, daß, wenn die erfaßte eingestellte Lautstärke als kleiner als die vorein­ gestellte Lautstärke des digitalen Tonprozessors bestimmt wird, jedes Pegelsteuergerät 32a, 32b, welches zu einer der längeren Verzögerungsleitungen 31a, 31b korrespondiert, die Lautstärkeverminderung in Abhängigkeit von der Differenz der Lautstärken so einstellt, daß diese kleiner als die Verringe­ rung ist, welche in der voreingestellten Bedingung verwendet ist, wodurch die Lautstärke des korrespondierenden Nachhall­ tones erhöht wird.

Die Einstellung bei der Pegelerniedrigung in jedem Pegelsteuer­ gerät 32 kann in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen den voreingestellten Lautstärkezuständen und der erfaßten Laut­ stärke kontinuierlich oder in Stufen ausgeführt werden.

Die Einstellungseigenschaft der Erfindung kann den Fig. 3(a) und 3(b) entnommen werden. In der Fig. 3(a) sind der Grundton und die Nachhalltöne R1, R2, R3, R4 dargestellt. Die Pegelsteuergeräte erzeugen die Nachhalltöne R1, R2, R3, R4 mit entsprechenden Lautstärkeverminderungen V(R1), V(R2), V(R3), V(R4) relativ zum Grundton. Dies bedeutet, daß der Betrag V(RX) der Betrag ist, um den das Pegelsteuergerät den Ton von der Amplitude des Grundtones reduziert, um den Nachhallton RX zu erzeugen, wobei X = 1, 2, 3, 4 ist. Die Fig. 3(a) zeigt den Fall niedriger Lautstärke und, wie zu sehen ist, werden die Nachhallkomponenten mit großen Verzögerungszeiten mit sehr niedrigen Lautstärken wiedergegeben, und einige von ihnen sind möglicherweise sogar nicht zu hören, beispielsweise R4. Folglich können die voreingestellten Bedingungen und Zustände der Pegelsteuergeräte, die für hochpegeliges Hören geeignet sind, die gewünschten Nachhalleffekte bei niedrigen Pegeln nicht erzeugen.

Die Fig. 3(b) zeigt die Wirkung der Anwendung der Pegel­ steuereinrichtungseigenschaft der Erfindung auf den Zustand niedriger Lautstärke nach Fig. 3(a). Nach Fig. 3(b) sind die reduzierten Lautstärken für die länger verzögerten Nach­ halle kleiner als der voreingestellte Zustand, so daß gilt:
V′(RX) < V(RX),
wobei X = 2, 3 und 4 ist.

Tatsächlich werden bei kleinen Lautstärken die Nachhallsignale mit längeren Verzögerungszeiten im Vergleich mit der relativ hohen Lautstärke, welche den voreingestellten Zuständen zuge­ ordnet ist, in der Lautstärke angehoben. Dies hat zur Folge, daß aufgrund der Lautstärkeansprechbarkeit und -einstellbar­ keit der Pegelsteuergeräte die Nachhallkomponenten mit länge­ ren Verzögerungszeiten im wiedergegebenen Ton noch gehört werden können.

Obgleich bei dem oben beschriebenen Beispiel die vorliegende Erfindung auf ein Gerät angewendet ist, das eine mit einem manuell einstellbaren Anschluß ausgerüstete Lautstärkesteue­ rung aufweist, ist es möglich, die Erfindung in einem Gerät zu verkörpern, das ein elektronisch gesteuertes Lautstärkeelement aufweist. Es ist auch möglich, den Analog/Digitalwandler in den Mikrocomputer selbst aufzunehmen.

Claims (7)

1. Toneffektgerät zum Verarbeiten eines Audiosignals zur Er­ zeugung von Nachhalleffekten, mit

• - einer Lautstärkesteuereinrichtung (23) zum Steuern einer Ton­ lautstärke des Audiosignals,
• - einer auf die Lautstärkesteuereinrichtung (23) ansprechenden Lautstärkeerfassungseinrichtung (24, 25) zum Erfassen der eingestellten Lautstärke des Audiosignals,
• - einer Verzögerungseinrichtung (31a, 31b) zum Verzögern des Audiosignals um verschiedene Verzögerungszeiten zum Erzeugen verzögerter Audiosignale,
• - einer Pegelsteuereinrichtung (32a, 32b) zum Erzeugen von Nachhallsignalen (R1, R2, R3, R4) durch Herabsetzen der Amplituden der verzögerten Audiosignale um jeweilige Amplitudenverminderungen (V′(R1), V′(R2), V′(R3), V′(R4)) zum Erzeugen der Nachhallsignale, und
• - einer Einrichtung (33) zum Hinzuaddieren der Nachhallsignale zu dem unverzögerten Audiosignal,
• - wobei die Pegelsteuereinrichtung die Größe der Amplitudenver­ minderung in Abhängigkeit von der von der Lautstärkeerfassungs­ einrichtung erfaßten eingestellten Lautstärke steuert,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelsteuer­ einrichtung (32a, 32b) die auf die verzögerten Audio­ signale angewendeten Amplitudenverminderungen in Abhängigkeit von der eingestellten Lautstärke derart steuert, daß für verzögerte Audiosignale mit längeren Verzögerungszeiten größere Amplitudenverminderungen nur auf höher eingestellte Lautstärken angewendet werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lautstärkesteuereinrichtung (23) ein Lautstärkeelement nach Art eines Einstellanschlusses aufweist.

3. Gerät nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lautstärkesteuereinrichtung (23) ein elektronisches Steuerelement aufweist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lautstärke­ erfassungseinrichtung (25) einen Mikrocomputer aufweist.

5. Verfahren zum Verarbeiten von Audiosignalen zur Erzeugung von Nachhalleffekten, wobei

• - eine eingestellte Tonlautstärke des Audiosignals gesteuert wird,
• - die eingestellte Lautstärke des Audiosignals erfaßt wird,
• - jedes Audiosignal um mehrere verschiedene Verzögerungszeiten verzögert wird, um verzögerte Audiosignale zu erzeugen,
• - Nachhallsignale durch Herabsetzen der Amplitude der verzögerten Audiosignale um jeweilige Amplitudenverminderungen erzeugt werden, um die Nachhallsignale zu erzeugen,
• - die Nachhallsignale zu dem unverzögerten Audiosignal hinzu­ addiert werden, und
• - die Amplitudenverminderungen in Abhängigkeit von der von der Lautstärkeerfassungseinrichtung erfaßten eingestellten Lautstärke gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die auf die verzögerten Audiosignale angewendeten Amplituden­ verminderungen in Abhängigkeit von der erfaßten eingestellten Lautstärke derart gesteuert wird, daß für verzögerte Audiosignale mit längeren Verzögerungszeiten größere Ver­ minderungen nur auf höher eingestellte Lautstärken angewendet werden.