DE69008247T2

DE69008247T2 - Räumliches Schallwiedergabesystem.

Info

Publication number: DE69008247T2
Application number: DE69008247T
Authority: DE
Inventors: Tomlinson Holman
Original assignee: LucasArts Entertainment Co
Current assignee: LucasArts Entertainment Co
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: EP0404117B1; US5043970A; EP0404117A3; JPH0332300A; DE69008247D1; EP0404117A2; CA1330200C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein die Ton- oder Schallwiedergabe. Genauer betrifft die Erfindung Mehrkanal-Schallwiedergabesysteme mit verbesserten hörer-wahrnehmbaren Charakteristiken.
Mehrkanal-Schallwiedergabesysteme, die einen Surround-Sound-Kanal (Rundum- oder Raum- Schallkanal> (in der Vergangenheit oft als "Umgebungs- oder spezial Effekt"-Kanal bezeichnet) zusätzlich zu einem linken und einem rechten (und optimalerweise einem mittleren) Schallkanal aufweisen, sind jetzt in Filmtheatern relativ üblich und werden zunehmend auch in den Heimen von Verbrauchern üblich. Eine Triebkraft hinter der Ausbreitung solcher System in Verbraucherheimen bzw. -wohnungen ist die große Verfügbarkeit von Surround-Sound-Heimvideosoftware, hauptsächlich Surround-Sound-Kinofilmen, die für Aufführung in Theatern hergestellt wurden und nachfolgend in Heimvideoformate (zum Beispiel Videokassetten und Videodisks) übertragen wurden.
Obwohl Heimvideosoftwareformate stereophone Zweikanal-Tonspuren aufweisen, beinhalten diese beiden Kanäle aufgrund von Amplituden- und Phasen-Matrixcodierung vier Schallinformationskanäle - links, mitte, rechts und surround, üblicher Weise genauso wie die stereophonen Zweikanal-Kinofilmtonspuren, von denen die Heimvideo-Tonspuren abgeleitet sind. In gleicher Weise wie im Filmtheater, werden der linke, der mittlere, der rechte und der Surround-Kanal bei den Verbrauchern mit einem gewöhnlich als "Surround-Sound"-Decoder bezeichneten Matrixdecoder decodiert und wiedergewonnen. In der Heimumgebung ist der Decoder üblicherweise in einem Videokassettenspieler, Videodiskspieler oder Fernsehapparat/Videomonitor enthalten oder ein Zusatzteil zu diesem. Obwohl er im Fall von Filmtheatern nahezu überall vorhanden ist, wird bei Heimsystemen die Mittenkanalwiedergabe oft weggelassen. Ein Phantom-Mittenkanal wird dann in den linken und den rechten Lautsprecher eingespeist, um das Fehlen eines Mittenkanallautsprechers auszugleichen.
Für Surround-Sound ausgestattete Filmtheater haben typischer Weise wenigstens drei Sätze von Lautsprechern für die Wiedergabe des linken, des mittleren und des rechten Kanals geeignet vorn im Filmtheater hinter der Leinwand angeordnet. Der Surround-Kanal wird üblicherweise mehreren Lautsprechern zugeführt, die an anderen Stellen als vorn im Filmtheater angeordnet sind.
Es ist die empfohlene und übliche Praxis in der Industrie, das Schallsystem großer Hörsäle, insbesondere den Lautsprecher-Raum-Frequenzgang eines Filmtheaters auf eine genormte Frequenzgangskurve oder "Hauskurve" auszurichten. Die momentane genormte Hauskurve für Filmtheater ist eine Empfehlung der International Standards Organization und wird als Kurve X von 150 2969-1977(E) bezeichnet. Die Verwendung einer genormten Frequenzgangskurve ist wesentlich, da in den Endstufen der Herstellung von Filmtonspuren die Tonspuren nahezu immer in großen (Theatergröße) Hörsälen ("Misch"- und "Nachsynchronisations"-Theater) abgehört werden, deren Lautsprecher-Raum-Frequenzgänge auf die genormte Frequenzgangskurve ausgerichtet wurden. Dies geschieht natürlich in der Erwartung, daß solche Filme in großen Hörsälen (Theatergröße) abgespielt werden, die auf die gleiche genormte Frequenzgangskurve ausgerichtet wurden. Filmtonspuren tragen daher konsequenter Weise in sich eine eingebaute Entzerrung, die die Wiedergabe in großen Hörsälen (Theatergröße) berücksichtigt oder kompensiert, deren Lautsprecher-Raum-Frequenzgänge auf die genormte Kurve ausgerichtet sind.
Die momentane Normkurve, Kurve X von ISO 2969, ist eine Kurve, die einen deutlichen Hochfrequenzabfall aufweist. Diese Kurve ist das Ergebnis subjektiver Hörtests, die in großen Hörsälen (Theatergröße) durchgeführt wurden. Eine grundsätzliche Überlegung für eine solche Kurve gibt Robert B. Schulein in seinem Artikel "In Situ Measurement and Equalization of Sound Reproduction Systems," J. Audio Eng. Soc., April 1975, Band 23, Nr. 3, Seiten 178 bis 186. Schulein erläutert, daß die Notwendigkeit für einen Hochfrequenzabfall offenbar zurückzuführen ist auf die Brechungseffekte von Direktfeld (das heißt direkt) zu diffusem (das heißt reflektiertem oder Schwebungs-) Schallfeld des menschlichen Kopfes und der Ohren. Ein entfernter Lautsprecher in einem großen Hörraum wird von Hörern wahrgenommen als strahle er höhere Frequenzen ab als ein naher Lautsprecher, wenn sie auf denselben Frequenzgang abgestimmt sind. Dies scheint das Ergebnis des wesentlichen Diffusfeld-zu-Freifeld-Verhältnisses zu sein, das von dem entfernten Lautsprecher erzeugt wird. Ein nahe bei einem Hörer positionierter Lautsprecher erzeugt solch ein kleines Diffus-zu-Direkt-Schallverhältnis, daß es unbedeutend ist.
Kürzlich sind die Überlegungen von Gunther Theile weitergeführt worden ("On the Standardization of the Frequency Response of High-Quality Studio Headphones," J. Audio Eng. Soc., Dezember 1986, Band 34, Nr. 12, Seiten 956 bis 969), der die Hypothese aufgestellt hat, daß Wahrnehmungen von Lautstärke und Klangfarbe nicht ausschließlich vom Schalldruck und Spektrum im Hörkanal bestimmt werden. Theile setzt diese Hypothese in Relation zu dem "Quellenlageeffekt" oder zur "Schallpegellautstärkedivergenz" ("SLD"), der (die) auftritt, wann immer Hörereignisse mit unterschiedlichen Lagen verglichen werden: Ein näherer Lautsprecher erfordert mehr Schallpegel (Schalldruck) an dem Trommelfell der Ohren, um die gleiche wahrgenommene Schallautstärke zu erzielen wie ein weiter enffernter Lautsprecher, und dieser Effekt ist frequenzabhängig.
Man hat außerdem erkannt, daß der Schalldruckpegel in einem freien (direkten) Feld den in einem diffusen Feld für gleiche Lautstärke übersteigt. Eine genormte Entzerrung, wie sie gegenwärtig in der ISO 454-1975 (E) der International Standards Organization verwirklicht ist, soll die Unterschiede in der wahrgenommenen Lautstärke und, durch Erweiterung, der Klangfarbe aufgrund von Frequenzgangsänderungen zwischen Schallfeldern kompensieren.
Die wahrgenommene Schallautstärke und die Klangfarbe hängen also nicht nur von der Lage ab, an der Schallfelder in bezug auf den Hörer erzeugt werden, sondern auch von dem relativen Verhältnis der diffusen (reflektierten oder Schwebungs-) Feldkomponente zur freien (direkten) Feldkomponente des Schallfeldes beim Hörer.
Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen der Heimhörumgebung und der Filmtheaterhörumgebung liegt in den relativen Größen der Hörräume - der typische Heimhörraum ist natürlich viel kleiner. Obwohl es keine etablierte Normkurve gibt, auf die Heimschallsysteme abgestimmt sind, ist die mit Hochfrequenzabfall versehene Hauskurve, die auf größe Hörsäle sanwendbar ist, nicht auf erheblich kleinere Heimhörräume anwendbar, und zwar wegen der oben erwähnten Effekte.
Anders als Heimvideosoftwaremedien mit Tonspuren, die von Filmtonspuren übertragen wurden, sind Verbrauchersoftwareschallmedien (zum Beispiel Vinylschallplatten, Bandkassetten, Compaktdisks etc.) mit einer eingebauten Entzerrung versehen, die typische Heimhörraumumgebungen kompensiert. Dies beruht darauf, daß solche Aufnahmen bei ihrer Herstellung in relativ kleinen (Heimhörraumgröße) Abhörstudios unter Verwendung von Lautsprechern abgehört werden, die gleich oder ähnlich jenen sind, die typischer Weise zuhause verwendet werden. Bezogen auf große Theaterumgebungen, läßt sich der Frequenzgang eines typischen modernen Heimhörraumlautsprechersystems oder eines kleinen Studiohörraumlautsprechersystems als im wesentlichen "flach" charakterisieren, insbesondere im Hochfrequenzbereich, in welchem bei der Hauskurve für große Hörsäle ein Abfall vorgesehen ist. Eine Folge dieser Unterschiede ist, daß Heimvideosoftwaremedien, die von Filmen übertragen wurden, bei ihrer Wiedergabe in einem Heimsystem einen zu hohen Hochfrequenzanteil aufweisen. Folglich klingen die Musikteile der Filmtonspuren bei Wiedergabe auf Heimsystemen eher zu "hell". Zusätzlich treten andere unerwünschte Folgen auf - "Foley"-Schalleffekte, wie das Rascheln von Kleidung etc., die in der Regel einen wesentlichen Hochfrequenzanteil aufweisen, werden überbetont. Außerdem legt die erhöhte Hochfrequenzempfindlichkeit der Heimsysteme oft Einzelheiten der Aufmachung der Tonspur offen, die eigentlich von den Hörern nicht gehört werden sollen; zum Beispiel die Änderung des Tonspurrauschpegels, wenn Dialogspuren ein- und ausgeblendet werden. Dieselben Probleme treten natürlich auf, wenn eine Filmtonspur in irgendeiner kleinen Hörumgebung mit Lautsprechern der Verbraucherart, wie etwa kleinen Abhörstudien, wiedergegeben wird.
Es gibt noch einen weiteren Unterschied zwischen den Heimschallsystemen und den Filmtheaterschallsystemen, der von der Schaffung eines theaterartigen Erlebnisses zuhause ablenkt. Es ist, wenigstens bei gewissen Theaterschallsystemen hoher Qualität, üblich gewesen, Lautsprecher einzusetzen, die ein im wesentlichen direktionales Schallfeld für den linken, den mittleren und den rechten Kanal liefern, so wie Lautsprecher, die ein im wesentlichen nicht-direktionales Schallfeld für den Surround-Kanal liefern. Eine solche Anordnung verstärkt die Wahrnehmung der Schallokalisierung als Folge der direktionalen Frontlautsprecher, während gleichzeitig die Wahrnehmung der Umgebung oder Einhüllung als Folge der nicht-direktionalen Surround-Lautsprecher vergrößert wird.
Im Gegensatz dazu setzen Heimsysteme typischer Weise Hauptkanallautsprecher (Linkskanal und Rechtskanal) ein, die so ausgelegt sind, daß sie ein Kompromisschallfeld erzeugen, das weder übermäßig direktional noch übermäßig nicht-direktional ist. Surround-Kanal-Lautsprecher im Heim sind gewöhnlich verkleinerte Versionen der Hauptkanallautsprecher und erzeugen Schallfelder ähnlich jenen der Hauptkanallautsprecher. In der Heimumgebung hat man der richtigen Auswahl von direktionalen Charakterisitiken für die Hauptkanal- und Surround-Kanal-Lautsprecher wenig oder keine Beachtung geschenkt.
Auch ist sowohl bei Heimsystemen als auch Theatersystemen einschließlich der oben erwähnten Theaterschallsysteme hoher Qualität keine Kompensation der Unterschiede in der hörerwahrnehmbaren Klangfarbe zwischen den Hauptkanälen und dem Surround-Kanal erfolgt. Schallereignisse beispielsweise, die sich von den Hauptkanälen zu dem Surround-Kanal oder umgekehrt bewegen (Schallereignisse, die aus die Leinwand ausgeblendet oder in sie hineingeblendet werden) unterliegen Klangfarbenverschiebungen. Solche Klangfarbenverschiebungen können so gravierend sein, daß sie die Fähigkeit des Hörers beeinträchtigen zu glauben, daß der ein- oder ausgeblendete Schall von derselben Schallquelle kommt.
Der Erfinder hat herausgefunden, daß die zuvor erwähnte Entzerrungsnorm, gegenwärtig von der ISO 454-1975 (E) der International Standards Organization verkörpert, nicht als Basis dafür dienen kann, die vom Hörer wahrgenommen Klangfarbenunterschiede zwischen Haupt- und Surround-Kanälen richtig zu kompensieren.
Der Erfinder nimmt an, daß es für die vom Hörer wahrgenommene Klangfarbenverschiebung zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen zwei Hauptgründe gibt. Der erste besteht in Klangfarbenverschiebungen aufgrund von Kammfilterung. Eine Kammfilterung kann sich aus dem Betrieb mehrerer Surround-Lautsprecher ergeben oder aus bewußt hinzugefügten elektronischen Kammfiltern, die dazu verwendet werden, ein Surroundfeld mit nur zwei Lautsprechern zu simulieren. Der zweite Grund besteht in Frequenzgangsunterschieden aufgrund von Übertragungsfunktionen, die mit dem menschlichen Kopf in Verbindung stehen. Darüberhinaus kann ein zusätzlicher Faktor der Unterschied im Charakter zwischen dem von den Hauptkanallautsprechern erzeugten direkten Schallfeld und dem von den Surround-Kanal-Lautsprechern erzeugten diffusen Schallfeld sein.
Zusätzlich wird im Hinblick auf Heimsysteme und auf die oben erwähnten Theaterschallsysteme hoher Qualität ein einzelner (monophoner) Surround-Schallkanal an mehrere Lautsprecher angelegt (gewöhnlich zwei im Fall der Heimsysteme, die links und rechts an den Seiten oder hinten in einem Heimhörraum angeordnet sind, und gewöhnlich mehr als zwei im Fall eines Filmtheaters, die an den Seiten- und Rückwänden angeordnet sind). Die Folge davon, daß die beiden Seiten des Kopfes mit demselben Signal beaufschlagt werden ist, daß der Schall des Surround-Schallkanals dem auf der Mittellinie sitzenden Hörer so erscheint, als wäre er in der Mitte des Kopfes.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in erster Linie auf Surround-Sound-Wiedergabesysteme in relativ kleinen Hörräumen, insbesondere solchen in Heimen (Wohnungen), gerichtet. lm Hinblick auf diese löst die Erfindung das Problem des spektralen Ungleichgewichts (zum Beispiel Änderung der Klangfarbe), insbesondere übermäßiger Hochfrequenzenergie, bei Abspielung voraufgezeichneten Schallmaterials, das für die Wiedergabe in großen (Theatergröße) Hörsälen entzerrt wurde, deren Raumlautsprechersystem auf eine Frequenzgangskurve ausgerichtet ist, die einen deutlichen Hochfrequenzabfall aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Rückentzerrung gemäß einer Korrekturkurve in dem Abspielsystem vorgesehen, damit die wahrgenommene Spektralbalance von Aufzeichnungen wieder zu einem "flachen" Frequenzgang zurückgeführt wird, und zwar von solchen Aufzeichnungen, die von Filmtonspuren übertragen wurden, welche eine inhärente Hochfrequenzanhebung infolge ihrer beabsichtigten Wiedergabe in großen (Theatergröße) Hörsälen ausgerichtet auf die Norm-Hauskurve aufweisen. Solche Rückentzerrung stellt die Spektralverteilung (Klangfarbe) wieder her, die von den Herstellern des voraufgezeichneten Schallmaterials beabsichtigt war.
Im Hinblick auf kleine (Heimgröße) Hörräume liegt ein weiterer Aspekt der Erfindung darin, allgemein direktionale Schallfelder als Antwort auf den linken und den rechten Schallkanal und als Antwort auf den Mittenschallkanal, soweit er verwendet wird, zu erzeugen und ein allgemein nicht-direktionales Schallfeld als Antwort auf den Surround-Schallkanal.
Ein direktionales Schallfeld ist eines, bei dem an Hörpositionen innerhalb des Hörraums die freie (direkte> Komponente des Schallfelds die diffuse Komponente dominiert. Ein nicht-direktionales Schallfeld ist eines, bei dem an Hörpositionen innerhalb des Hörraums die diffuse Komponente des Schallfelds die freie (direkte) Komponente dominiert. Die Direktionalität eines Schallfelds hängt wenigstens von dem Q des Lautsprechers oder der Lautsprecher ab, die das Schallfeld erzeugen ("Q" ist ein Maß der Richtungseigenschaften eines Lautsprechers), der Anzahl von Lautsprechern, der Größe und Eigenschaften des Hörraums, der Art in der der Lautsprecher (oder die Lautsprecher) akustisch mit dem Hörraum gekoppelt ist (oder sind) (zum Beispiel in bezug auf den Hörraum positioniert sind), und der Hörposition innerhalb des Raums. Beispielsweise können mehrere Lautsprecher mit hohem Q (Richtungslautsprecher) so verteilt werden, daß sie innerhalb eines Raums ein nicht-direktionales Schallfeld erzeugen. Auch kann die Direktionalität mehrerer denselben Schallkanal wiedergebender Lautsprecher von ihrer physikalischen Relation zueinander und von Unterschieden in Amplitude und Phase der an sie angelegten Signale beeinflußt werden.
Dieser Aspekt der Erfindung befaßt sich nicht an sich mit speziellen Lautsprechern, noch mit ihrer akustischen Kopplung zu kleinen Hörräumen, sondern befaßt sich vielmehr teilweise mit der Erzeugung direkter und diffuser Schallfelder für die Hauptkanäle (links, rechts und optional Mitte) bzw. für den Surround-Kanal in einem kleinen Surround-Sound-System für kleine (Heimgröße) Räume, wobei Kombinationen venfügbarer Lautsprecher und Techniken verwendet werden, die zur Erzeugung solcher Schallfelder erforderlich sind. Dieser Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine ausgezeichnete stereophone Abbildung und Detail kombiniert mit akustischer Einhüllung der Hörer nicht nur in großen (Theatergröße) Hörsälen sondern auch in dem kleinen (Heimgröße) Hörraum dadurch erreicht werden kann, daß allgemein direkte Schallfelder für die Hauptkanäle und ein allgemein direktes Schallfeld für den Surround-Kanal erzeugt wird. Auf diese Weise kommt das Heimhörerlebnis dem Qualitätstheaterschallerlebnis näher.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Gesamthöreindruck für kleine Hörräume dadurch noch weiter verbessert werden, daß eine Entzerrung zur Kompensation der Unterschiede der hörer-wahrgenommenen Klangfarbe zwischen den Hauptkanälen und dem Surround-Kanal hinzugefügt wird. Wie oben erwähnt, glaubt der Erfinder, daß es für die hörerwahrgenommene Klangfabenverschiebung zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen zwei Hauptgründe gibt: Klangfarbenänderungen infolge von Kammfilterung und Frequenzgangsunterschiede aufgrund der in Relation zum menschlichen Kopf stehenden Übertragungsfunktion.
Die Kammfilterung kann gemäß einem weiteren, als nächstes beschriebenen Aspekt der Erfindung in kleinen Hörräumen deutlich reduziert oder im wesentlichen unterdrückt werden, indem nur zwei Surround-Lautsprecher verwendet werden und die Surround-Kanalinformationen, die an die beiden Lautsprecher angelegt werden, unter Einsatz einer bevorzugten Dekorrelationstechnik dekorreliert werden.
Wenn die Klangfarbenunterschiede zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen infolge des Kammeffekts entfernt werden, wie es bei dem als nächstes beschriebenen Aspekt der Erfindung der Fall ist, dann werden die Frequenzgangsunterschiede, die mit dem menschlich Kopf in Beziehung stehen, zum hervorstechendsten Faktor. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist eine Surround-Kanal-Entzerrung vorgesehen zur Verwendung in einem System, bei dem Kammeffekte entfernt wurden, um die hörer-wahrgenommene Surround-Kanal-Klangfarbe und die hörer-wahrgenommene Hauptkanal-Klangfarbe besser aneinander anzupassen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Hörereindruck des Surround- Schallkanals für alle Größen von Hörräumen dadurch verbessert werden, daß die Zwischenohr- Kreuzkorrelation des Surround-Schallkanal-Schallfeldes an Hörpositionen innerhalb des Raums verringert wird (das heißt durch "Dekorrelation"). Vorzugsweise wird dies mittels einer Technik wie etwa einer leichten Tonhöhenverschiebung zwischen mehreren Surround-Lautsprechern erreicht, was keine unerwünschten Nebeneffekte hervorruft. Obwohl dieser Aspekt der Erfindung ohne die zuvor erwähnte Erzeugung allgemein direkter Schallfelder für die Hauptkanäle und eines allgemein diffusen Schallfeldes für den Surround-Kanal eingesetzt werden kann, führt eine Kombination dieser Aspekte der Erfindung zu einem psychoakustisch noch zufriedenstellenderen Hörerlebnis. Vorzugsweise enthält die Kombination ferner den Aspekt der Erfindung, gemäß dem eine Surround-Kanal-Entzerrung zur Kompensation des hörer-wahrgenommenen Unterschieds der Klangfarbe zwischen Haupt- und Surround-Schallkanälen vorgesehen ist. Dieser Aspekt der Erfindung stellt die bevorzugten Mittel zur Verringerung der Kammeffekte dar, wie sie von dem Surround-Kanal-Entzerrungsaspekt der Erfindung benötigt werden.

KURZE BESCHRElBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Surround-Sound-Wiedergabesystems, das Aspekte der Erfindung verkörpert.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Surround-Sound-Wiedergabesystems, das Aspekte der Erfindung verkörpert.
Fig. 3 ist eine Lautsprecher-Raum-Frequenzgangskurve, die von Theatern verwendet wird, Kurve X der International Standard ISO 2969-1 977 (E), extrapoliert bis 200 kHz.
Fig. 4 ist eine Korrekturkurve gemäß einem Aspekt der Erfindung zur Kompensation der Großraumentzerrung, die in Filmtonspuren enthalten ist, wenn die Wiedergabe in kleinen Hörräumen erfolgt.
Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild, das die bevorzugte Ausführungsform eines Filters/Entzerrers zur Realisierung der Korrekturkurve von Fig. 4 zeigt.
Fig. 6 ist ein Diagramm im Frequenzbereich, das die Stellen der Pole und Nullstellen auf der s-Ebene des Filters/Entzerrers von Fig. 5 zeigt.
Fig. 7 ist ein schematisches Schaltbild, das die bevorzugte Ausführungsform eines Surround-Kanal-Entzerrers zur Realisierung des Frequenzgangs der gewünschten Korrektur zur Kompensation der hörer-wahrgenommenen Klangfarbe zwischen Haupt- und Surround-Kanälen zeigt.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung zeigt, die, durch Tonhöhenverschiebung, zwei Schallausgänge von dem Surround-Schallkanal ableitet und in der Lage ist, gemäß dem anderen Aspekt der Erfindung, Schallfelder mit geringer Zwischenohren- Kreuzkorrelation an Hörpositionen zu liefern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFlNDUNG

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Blockdiagramme von zwei Surround-Sound-Wiedergabesystemen, die Aspekte der Erfindung verkörpern. Die Fig. 1 und 2 sind generell äquivalent, obwohl aus unten erläuterten Gründen, die Anordnung von Fig. 2 vorzuziehen ist. In der gesamten Beschreibung und den Zeichnungen sind gleiche Elemente allgemein mit denselben Bezugszahlen versehen; Ähnlichen Elementen sind generell dieselben Bezugszahlen zugeordnet, unterschieden jedoch durch die Markierung "'".
Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 sind ein linker (L), ein mittlerer (C), ein rechter (R) und ein Surround-(S)-Kanal, gemäß bekannter Techniken zu einem linksgesamt-(LT)- und einem rechtsgesamt-(RT)-Signalen matrixcodiert an eine Decodier- und Entzerrungseinrichtung 2 bzw. 2 angelegt. Beide Decodier- und Entzerrungseinrichtungen 2 und 2 enthalten einen Matrixdecoder, der dazu dient, aus den angelegten LT und RT Signalen die L, C, R und S Kanäle abzuleiten. Solche Matrixdecoder, oft als "Surround-Sound"-Decoder bezeichnet, sind bekannt. Verschiedene Variationen von Surround-Sound-Decodern sind sowohl für die Verwendung bei professionellen Filmtheatern als auch für Verbraucherheimgebrauch bekannt. Die einfachsten Decoder enthalten beispielsweise nur eine passive Matrix, während komplexere Decoder noch eine Verzögerungsleitung undloder einen aktiven Schaltungsaufbau zur Verbesserung der Kanaltrennung einschließen. Zusätzlich enthalten viele Decoder einen Rauschminderungsexpander, da die meisten matrixcodierten Filmtonspuren in dem Surround-Kanal eine Rauschminderungscodierung einsetzen. Es ist beabsichtigt, daß der Matrixdecoder 4 alle solche Variationen beinhaltet.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist eine Rückentzerrungseinrichtung 6 in die jeweiligen LT und RT Signaleingangsleitungen zum Matrixdecoder 4 eingefügt, während bei der Ausführungsform von Fig. 2 die Rückentzerrungseinrichtungen 6 in den L, C und R Ausgangsleitungen vom Matrixdecoder 4 angeordnet sind. Die Funktion der Rückentzerrungseinrichtungen 6 wird unten erläutert. Sowohl bei der Ausführungsform von Fig. 1 als auch der von Fig. 2 ist eine optionale Surround-Kanal-Entzerrungseinrichtung 8 in der S Ausgangsleitung vom Matrixdecoder 4 angeordnet. Die Funktion der Surround-Kanal-Entzerrungseinrichtung 8 wird ebenfalls unten erläutert.
Bei beiden Ausführungsformen speisen die L, C, R und S Ausgangssignale von der Decodier- und Entzerrungseinrichtung 2 einen jeweiligen Lautsprecher oder jeweilige Lautsprecher 10, 1 2, 14 und 16. In Heimhörumgebungen entfällt der Mittenkanallautsprecher 12 häufig (einige Matrixdecoder für Heimgebrauch lassen ein Mittenkanalausgangssignal gänzlich weg). Eine geeignete Verstärkung wird nach Bedarf vorgesehen, ist jedoch der Einfachheit halber nicht gezeigt.
Die Anordnungen sowohl von Fig. 1 als auch von Fig. 2 sorgen so für die Kopplung wenigstens des linken, des rechten und des Surround- (und optional des Mitten-) Schallkanals, die in den LT und RT Signalen codiert sind, zu einem jeweiligen Lautsprecher oder Lautsprechern. Die Lautsprecher sollen an Betriebspositionen in bezug auf einen Hörraum angeordnet werden, um Schallfelder als Antwort auf wenigstens den linken, den rechten und den Surround- (und optional den Mitten-) Kanal innerhalb des Hörraums zu erzeugen.
Wegen des Erfordernisses die relative Signalphase der LT und RT Eingangssignale zur richtigen Arbeitsweise des Matrixdecoders 4, der auf Amplituden- und Phasenbeziehungen in den LT und RT Eingangssignalen reagiert, beizubehalten, ist die Anordnung der Rückentzerrungseinrichtungen 6 (einer Art Filter, wie unten erläutert) vor dem Decoder 4 gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 weniger günstig als die alternative Anordnung nach dem Decoder 4, wie bei der Ausführungsform von Fig. 2 gezeigt. Außerdem können die Rückentzerrungseinrichtungen 6, falls sie vor dem Decoder 4 angeordnet sind, den richtigen Betrieb des Rauschminderungsexpanders, sofern einer verwendet wird, in dem Matrixdecoder 4 beeinflussen. Die Anordnung von Fig. 2 ist deshalb derjenigen von Fig. 1 vorzuziehen. Die bevorzugte Ausführungsform der Rückentzerrungseinrichtungen 6, die nachfolgend beschrieben wird, geht davon aus, daß sie nach dem Matrixdecoder 4 in der Art der Ausführungsform der Fig. 2 angeordnet sind. Wenn die Rückentzerrungseinrichtungen 6 vor dem Matrixdecoder 4 in der Art von Fig. 1 angeordnet sind, kann es nötig sein, ihren Frequenzgang zu modifizieren, um Einwirkungen auf die Rauschminderungsdecodierung zu minimieren, die in dem Matrixdecoder 4 enthalten sein kann. Ferner kann es nötig sein, die Eigenschaften der beiden Rückentzerrungseinrichtungen 6 (der Ausführungsform von Fig. 1) sorgfältig aneinander anzupassen, damit irgendwelche relativen Verschiebungen von Phase und Amplitude bei den LT und RT Signalen während ihrer Verarbeitung durch die Rückentzerrungseinrichtungen 6 minimiert wird.
Fig. 3 zeigt die Kurve X des International Standard ISO 2969-1977 (E), wobei der Frequenzgang über die offizielle obere Frequenzgrenze von 12,5 kHz der Norm bis zu 20 kHz extrapoliert wurde. Es ist übliche Praxis in vielen Theatern, insbesondere Nachsynchronisationstheatern und anderen Theatern, die mit Surround-Sound-Systemen hoher Qualität ausgestattet sind, ihren Frequenzgang an eine verlängerte X-Kennlinie anzupassen. Die verlängerte X-Kurve ist ein de facto Industriestandard. Die X-Kennlinie beginnt bei 2 kHz abzufallen und ist bei 10 kHz 7 dB abgefallen. Die verlängerte Kurve ist bei 16 kHz, der höchsten Frequenz, die gegenwärtig bei Ausrichtungsprozeduren für Nachsynchronisierungstheater eingesetzt wird, um etwa 9 dB abgefallen. In öffentlichen Filmtheatern, die größer sind als Nachsynchronisierungstheater, geht die X-Kurve nur bis 12,5 kHz, da die Hochfrequenzabschwächung von Schall in der Luft oberhalb von etwa 12,5 kHz in solchen großen Hörsälen zu einem Faktor wird. Manche in der lndustrie nehmen an, daß die X-Kurve, und insbesondre ihre Verlängerung, bei sehr hohen Frequenzen zu stark abfällt. Im Gegensatz zur X-Kurve und zur verlängerten X-Kurve, neigt ein modernes Heimverbraucherschallsystem guter Qualität, obwohl nicht auf eine spezielle Norm ausgerichtet, dazu, keinen solchen Hochfrequenzabfall des Raum-Lautsprecher-Frequenzgangs aufzuweisen. Relativ zur X-Kurve und zur verlängerten X-Kurve können moderne Heimverbrauchersysteme als relativ flach bei hohen Frequenzen charakterisiert werden.
Wie oben erläutert, wird bei der Herstellung einer Filmtonspur, die Tonspur gewöhnlich in einem Theater abgehört, das auf die verlängerte X-Frequenzgangskurve ausgerichtet wurde, unter der Annahme, daß solche Filme in Theatern abgespielt werden, die auf die genormte Frequenzgangskurve ausgerichtet wurden. Daher ist Filmtonspuren eine eingebaute Entzerrung eigen, die die Wiedergabe in Hörsälen von Theatergröße in Betracht zieht oder dafür kompensiert, deren Lautsprecher-Raumfrequenzgang auf die Normkurve ausgerichtet wurde, Aus den oben erörterten Gründen ist diese eingebaute Entzerrung jedoch nicht für die Wiedergabe in Heimhörumgebungen geeignet: Die Tonspuren der Filme, die auf Heimvideosoftwaremedien übertragen wurden, weisen bei Wiedergabe durch ein Heimsystem eine zu hohe Hochfrequenzschallenergie auf. Die korrekte Klangfarbe wird nicht beibehalten, und Einzelheiten der Tonspur, die nicht gehört werden sollen, können gehört werden.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung, wird eine Korrekturkurve vorgesehen, um die Großraumentzerrung, die in Filmtonspuren enthalten ist, bei der Wiedergabe in kleinen Hörräumen zu kompensieren. Die Korrekturkurve wurde unter Verwendung einer speziellen, kommerziell erhältlichen akustischen Testpuppe abgeleitet. Die Korrekturkurve ist eine Differenzkurve, abgeleitet von Messungen der stationär Ein-Drittel-Oktavenschallpegelspektren, ermittelt in repräsentiven großen Hörsälen, die auf die verlängerte X-Kurve ausgerichtet sind, im Vergleich zu einem modernen Heimverbraucher-Lautsprecher-Raum-Schallsystem guter Qualität. Die Korrekturkurve ist in Fig. 4 als ein Kreuzschraffurband gezeigt, das mittig um eine ausgezogene mittlere Frequenzgangslinie liegt. Das Korrekturband berücksichtigt eine zulässige Toleranz der Korrektur von etwa ± 1 dB bis zu etwa 10 kHz und etwa ± 2 dB von etwa 10 kHz bis 20 kHz, wo das Ohr gegenüber Änderungen des Frequenzgangs weniger empfindlich ist. In der Praxis kann die Toleranz für den anfänglichen flachen Abschnitt der Kennlinie, unterhalb von etwa 2 kHz, enger sein. Die Form des Korrekturkurvenbands ist allgemein die eines Tiefpaßfilters mit einem Shelf-Frequenzgang: Die Korrektur ist relativ flach bis hinauf zu etwa 4 bis 5 kHz, zeigt einen Abfall und beginnt erneut oberhalb von etwa 10 kHz abzuflachen. Bei 10 kHz bestehen etwa 3 bis 5 dB Abfall. Der verlängerte X-Kurvenfrequenzgang ist zu Vergleichszwecken ebenfalls in Fig. 4 gezeigt. Wie oben erwähnt, nehmen einige in der Industrie an, daß die X-Kurve und insbesondere ihre Verlängerung bei sehr hohen Frequenzen zu stark abfällt. Es ist ersichtlich, daß sich die optimale Korrekturkurve in dem Fall ändern würde, daß ein modifizierter X-Kurven-Standard angenommen und in die Praxis umgesetzt wird.
Eine Filter/Entzerrerschaltung kann mit Hilfe eines aktiven Filters, etwa des in Fig. 5 gezeigten, zur Schaffung einer Übertragungskennlinie implementiert werden, die die ausgezogene Mittellinie der Korrekturbandkurve von Fig. 4 eng annähert. Der Korrekturfrequenzgang für das Filter/den Entzerrer erhält man durch Kombination eines einfachen reellen Pol und eines "Einschnitts"-Entzerrerabschnitts. Der reelle Pol wird mittels eines einzelnen RC Filterabschnitts mit einer -3 dB Frequenz von 15 kHz realisiert. Der Einschnitts-Entzerrer ist ein Filter zweiter Ordnung mit nahezu flachem Frequenzgang. Die Übertragungsfunktion des Abschnitts ist:
Das komplexe Polpaar und das komplexe Nullstellenpaar haben dieselbe Winkelfrequenz, ihre Winkel sind jedoch leicht unterschiedlich, was den erwünschten Einschnitt im Frequenzgang mit minimaler Phasenverschiebung ergibt. Derselbe Einschnitt könnte mit den Nullstellen in der rechten Halbebene erreicht werden, die Phasenverschiebung wäre dann aber näher bei der eines Allpaßfilters - 180 Grad bei der Resonanzfrequenz. Die Parameter des Einschnitt- Abschnitts des Filters/Entzerrers sind:
wobei f&sub0; = 2πω&sub0;. Eine andere Art der Interpretation dieser Parameter ist der, daß das Q der Pole 0,81 und das Q der Nullstellen 0,81/γ ist. Der Einschnitt-Abschnitt kann mittels einer einzigen Operationsverstärkerfilterstufe und sechs Komponenten realisiert werden, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Filterstufe subtrahiert im Effekt ein bandpaßgefiltertes Signal von 1 und ergibt damit die erforderliche Übertragungsfunktion und Frequenzgangsform. Der Schaltungsaufbau, einer einer Klasse von biquadratischen Einzeloperationsverstärkerschaltungen ist zur Verwendung als Allpaßfilter bekannt (Passive and Active Network Analysis and Synthesis by Aram Budak, Houghton Mifflin Company, Boston, 1974, Seite 451).
Die Rechteckkoordinaten der Pole und Nullstellen des Filterentzerrers insgesamt sind wie folgt (die Einheiten sind radiant/s in diesen Lagen in der s-Ebene):
Reeller Pol
αrp = -9.4248 x 10&sup4;
Komplexe Pole
αp ± jβp = -4.7046 x 10&sup4; ± j5.9962 x 10&sup4;
Komplexe Nullstellen
αz ± jβz = 3.4485 x 10&sup4; ± 16.7967 x 10&sup4;
Fig. 6 zeigt die Lage der Pole und Nullstellen in der s-Ebene.
Die Filter/Entzerrerschaltung von Fig. 5 führt zu folgendem Frequenzgang, wenn sie mit den nachfolgend angegebenen bevorzugten Komponentenwerten realisiert wird. Frequenz, Hz Pegel, dB
Wie oben erwähnt, gibt es eine zulässige Toleranz von etwa ± 1 dB bis hinauf zu 10 kHz und etwa ± 2 dB von etwa 10 kHz bis 20 kHz. Die bevorzugten Komponentenwerte der in Fig. 5 gezeigten Schaltung sind wie folgt: Komponente Toleranz Kilohm Nanofarad
Die Filter/Entzerrerschaltung von Fig. 5 stellt eine praktische Ausführungsform der Rückentzerrungseinrichtungen 6 von Fig. 2 dar. Viele andere Filter/Entzerrungsschaltungskonfigurationen sind innerhalb der Lehren der Erfindung möglich.
Bezugnehmend erneut auf die Ausführungsformen der Fig. 1 und 2, sind der Lautsprecher oder die Lautsprecher 10, 12 (falls verwendet) und 14 vorzugsweise Richtungslautsprecher die, wenn sie sich in ihren Betriebspositionen in dem Hörraum befinden, ein Links-, Mitten- (falls verwendet) und Rechts-Kanal-Schallfeld erzeugen, bei denen die freie (direkte) Schallfeldkomponente die diffuse Schallfeldkomponente des jeweiligen Schallfeldes an Hörpositionen innerhalb des Hörraums dominiert. Der Lautsprecher oder die Lautsprecher 16 ist (oder sind) vorzugsweise nicht-direktional, damit sie, wenn sie sich in ihren Betriebspositionen in dem Hörraum befinden, ein Surround-Kanal-Schallfeld erzeugen, bei dem die diffuse Schallfeldkomponente die freie (direkte) Schallfeldkomponente an Hörpositionen innerhalb des Hörraums dominiert. Ein nicht-direktionales Schallfeld zur Wiedergabe des Surround-Kanals kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Vorzugsweise werden einer oder mehrere Lautsprecher des Dipoltyps, jeweils mit einem Strahlungsmuster allgemein entsprechend einer Acht, so ausgerichtet, daß eine ihrer jeweiligen Nullen allgemein auf die Hörer ausgerichtet ist. Andere Arten von Lautsprechern mit einer Null in ihren Strahlungsmustern können ebenfalls verwendet werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Vielzahl von Lautsprechern mit geringer Richtungswirkung, die um die Hörer herum angeordnet sind, um ein Gesamtschallfeld zu erzeugen, das diffus ist. Abhängig also von ihrer Anordnung in dem Hörraum und ihrer Ausrichtung in bezug auf die Hörpositionen, sind auch Richtungslautsprecher in der Lage, ein vorherrschend diffuses Schallfeld zu erzeugen.
Zur Erzielung der gesamten akustischen Vorteile von direktionalen und nicht-direktionalen Lautsprechern, wie gerade ausgeführt, ist es vorzuziehen, daß die Anordnungen der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 den optionalen Surround-Kanal-Entzerrer 8 einsetzen. Solch ein Entzer rer kompensiert die Unterschiede hinsichtlich der hörer-wahrgenommenen Klangfarbe zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen. Die Verwendung eines Surround-Kanal-Entzerrers mit den gerade erwähnten direktionalen und nicht-direktionalen Lautsprechern ist bei kleinen (Heimen) Hörräumen anwendbar.
Die folgende Tabelle zeigt die Daten zur Realisierung des Frequenzgangs der gewünschten Korrektur zur Kompensation der hörer-wahrgenommenen Klangfarbe zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen. Die Korrekturkurve wurde empirisch unter Verwendung einer spezialisierten, kommerziell erhältlichen akustischen Testpuppe abgeleitet. Die Korrekturkurve ist eine Differenzkurve, abgeleitet von Messungen der stationären Ein-Drittel-Oktave-Schallpegelspektren in einem kleinen Hörraum zwischen einer Frontlautsprecherposition verglichen mit einer Seitenlautsprecherposition, wie es für Mitten- und Surround-Lautsprecher in einem Surround-Sound- System üblich ist. Die Positionen wurden mit einem lnstrumentenmikrofon und der akustischen Testpuppe gemessen. Die Unterschiede zwischen dem Meßmikrofon und den Testpuppendaten wurden subtrahiert, um die Effekte des speziellen Raums und der Lautsprecher zu eliminieren. Frequenz, Hz Pegel, dB
Es besteht eine zulässige Toleranz von etwa ± 2 dB bis hinauf zu etwa 10 kHz und etwa ± 4 dB von etwa 10 kHz bis 20 kHz.
Die bevorzugte Ausführungsform des Surround-Kanal-Entzerrers 8, die unten in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wird, ist eine aktive Filter/Entzerrerschaltung, die im wesentlichen (innerhalb von etwa 1 dB) die in der voranstehenden Tabelle aufgeführten Korrekturdaten realisiert. Es ist zu erkennen, daß die Korrekturdaten sich bis hin zu 20 kHz erstrecken, obwohl der Frequenzgang des Surround-Kanals im Standardmatrix-Surround-Sound-System mittels eines Tiefpaßfilters auf etwa 7 kHz beschränkt ist. Der Surround-Kanal-Entzerrer der in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wird, ist für Anwendungen gedacht, bei denen ein 7 kHz-Tiefpaßfilter im Surround-Kanal nicht vorhanden ist. Bei praktischen Anwendungen, wo das 7 kHz-Tiefpaßfilter vorhanden ist, ist es vorzuziehen, daß die Gesamtübertragungsfunktion des Surround-Kanal-Entzerrers 8 und des Tiefpaßfilters sich so zusammenfügen, daß im wesentlichen die Korrekturdaten in dem Ausmaß implementiert werden, der im Hinblick auf den Hochfrequenzabfall des Tiefpaßfilters möglich ist. Die Auslegung und Realisierung eines solchen Entzerrers liegt innerhalb des Könnens des Durchschnittsfachmanns.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm einer praktischen Ausführungsform des Surround-Kanal-Entzerrers 8, der (innerhalb von etwa 1 dB) die Korrekturdaten der oben angegebenen Tabelle realisiert. Der Entzerrer 8 ist in einer aktiven Resonanzfilter/Entzerrerschaltung mit drei Abschnitten verkörpert. Die Schaltung hat einen einzigen Operationsverstärker 140, der als ein Differenzverstärker mit frequenzabhängigen Impedanzen zwischen seinem positiven und seinem negativen Eingang konfiguriert ist. Bei den Impedanzen handelt es sich jeweils um abgestimmte Serien-LCR-Kreise, die zwischen den Mittelpunkt jeweiliger Spannungsteilerwiderstände und eine Bezugsmasse geschaltet sind. Die bevorzugten Komponentenwerte der in Fig, 7 gezeigten Schaltung sind wie folgt: Komponente Wert (Nanofarad) (Millihenry)
Die Entzerrerschaltung von Fig. 7 ist eine praktische Ausführungform der Entzerrer-Einrichtung 8 der Fig. 1 und 2. Viele andere Filter/Entzerrer-Schaltungskonfigurationen sind innerhalb der Lehren der Erfindung möglich.
Bei einer Modifikation der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 kann der monophone Surround- Schallkanal vorzugsweise mittels geeigneter Dekorrelationsmittel in zwei Kanäle aufgeteilt sein, die, wenn sie an einen ersten und einen zweiten Surround-Lautsprecher oder Gruppen von Lautsprechern angelegt werden, zwei Surround-Kanal-Schallfelder mit geringer Zwischenohren- Kreuzkorrelation relativ zueinander an Hörpositionen innerhalb eines kleinen Hörraums (Heim) schaffen. Vorzugsweise wird jedes der beiden dekorrelierten Surround-Kanal-Schallfelder von einem einzelnen Lautsprecher erzeugt, und diese beiden Lautsprecher sind jeweils an den Seiten des Hörraums angeordnet. Alternativ können die beiden Lautsprecher an der Rückseite des Hörraums angeordnet werden. Die Verwendung von mehr als einem einzelnen Lautsprecher zur Erzeugung eines jeweiligen Feldes macht es schwieriger, die Klangfarbe des Surround- Kanal-Schallfeldes an die der Hauptkanalschallfelder (links, mitte und rechts) anzupassen. Es wird angenommen, daß dies das Ergebnis eines Kammfiltereffekts ist, der entsteht, wenn mehr als zwei Lautsprecher zur Erzeugung jedes der dekorrelierten Surround-Kanal-Schallfelder verwendet werden. Wie oben erwähnt, ist dieser Aspekt der Erfindung insbesondere in Verbindung mit dem Surround-Kanal-Entzerrungsaspekt der Erfindung nützlich, der die Verringerung oder wesentliche Unterdrückung der Kammfiltereffekte erfordert.
Es ist schon früher festgestellt worden, daß die menschliche Wahrnehmung verschiedenartigen Schall an den beiden Ohren insofern begünstigt als die Schwebungsenergie in einem Hörraum betroffen ist. Zur Schaffung einer solchen Verschiedenheit bei Verwendung der Matrixaudio- Surround-Sound-Technologie, ist über das einfache Codieren und Decodieren hinaus eine zusätzliche Schaltungsanordnung erforderlich, da nur eine monophone Surround-Spur codiert ist. Im Prinzip kann dieser Schaltungsaufbau verschiedene bekannte Techniken zur Stereosynthese von einer monophonen Quelle, wie etwa Kammfilterung, verwenden. Viele dieser Techniken erzeugen jedoch unerwünschte hörbare Nebeneffekte. Kammfilterung leidet zum Beispiel an hörbarer "Phasigkeit", die von aufmerksamen Hörern leicht erkennbar ist. Darüberhinaus ist elektronische Kammfilterung unerwünscht, da sie zu hörer-wahrgenommenen Klangfarbenunterschieden zwischen den Haupt- und Surround-Kanälen beiträgt.
Vorzugsweise verwendet der Dekorrelationsschaltungsaufbau, der bei der praktischen Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung verwendet wird, einen geringen Betrag an Frequenz- oder Tonhöhenverschiebung, was dafür bekannt ist, für kritische Hörer relativ unaufdringlich zu sein. Tonhöhenverschiebung wird gegenwärtig beispielsweise nebenbei als ein Effekt verwendet, um eine Verstärkungserhöhung vor Rückkopplung in öffentlichen Ausrufanlagen zu erlauben, wo sie nicht leicht bemerkt wird, wobei der Betrag solcher Verschiebungen gering ist, in der Größenordnung von einigen wenigen Hertz. Eine 5 Hz-Verschiebung wird in einer Modulations-Demodulations-Schaltung für diesen Zweck verwendt, die beschrieben ist in "A Frequency Shifter for Improving Acoustic Feedback Stability," von A. J. Prestigiacomo and D.J. MacLean, Neuabdruck in Sound Reinforcement, An Anthology, Audio Engineering Society, 1978, Seiten B-6 - B-9.
Frequenz- oder Tonhöhenverschiebung kann mit irgendeiner der hierfür bekannten Techniken bewerkstelligt werden. Zusätzlich zu der in dem Artikel von Prestigiacomo und McLean beschriebenen Methode, so wie in dem Handbook for Sound Engineers, the New Audio Cyclopedia, Howard W. Sams. & Co. First Edition, 1987, Seite 626 ausgeführt, kann eine Verzögerung die Grundlage für Frequenzverschiebung darstellen: Das Signal wird an den Speicher der Verzögerung mit einer Rate angelegt (die Originalfrequenz) und mit einer anderen Rate ausgelesen (der verschobenen Frequenz).
Das Surround-Kanalsignal wird an zwei Wege angelegt. Wenigstens ein Weg wird mittels eines Tonhöhenschiebers verarbeitet. Vorzugsweise ist die Frequenz- oder Tonhöhenverschiebung fixiert und gering, ausreichend, um die Schallfelder ohne hörbare Verschlechterung des Schalls psychoakustisch zu dekorrelieren: in der Größenordnung von einigen wenigen Hertz. Obwohl komplexere Anordnungen möglich sind, mögen sie nicht erforderlich sein. Beispielsweise könnte eine Tonhöhenverschiebung in beiden Wegen vorgesehen sein, und die Tonhöhe könnte sin einer komplementären Weise verschoben werden, wobei eine Verschiebungspolarität das Surround-Kanalsignal in einem Weg in der Frequenz hochtreibt und das andere das Signal in dem anderen Weg in der Frequenz nach unten treibt. Andere Möglichkeiten schließen die Variation der Tonhöhenverschiebung durch Variation der Taktung einer Verzögerungsleitung ein. Die Verschiebung könnte nach Maßgabe der Hüllkurve des Surround-Kanal-Audiosignals variiert werden (beispielsweise unter der Steuerung einer Schaltung, die dem Surround-Kanal-Audiosignal folgt und eine syllabische Zeitkonstante aufweist - solche Schaltungen sind für die Verwendung bei Audiokompressoren und -Expandern bekannt).
Obwohl entweder eine analoge oder eine digitale Verzögerungsverarbeitung eingesetzt werden kann, lassen die geringeren Kosten digitaler Verzögerungsleitungen die digitale Verarbeitung zweckmäßig erscheinen, insbesondere die Verwendung der adaptiven Deltamodulation (ADM), für die relativ billige Decoder zur Verfügung stehen. Konventionelle Pulscodemodulation (PCM) kann ebenfalls verwendet werden. Obwohl Wellenformdiskontinuitäten ("Schnittstellen") bei den Signalblockabtastverbindungen auftreten, wenn das Ausgangssignal von der Verzögerungsleitung rekonstruiert wird, gleich ob ADM oder PCM verwendet wird, neigen solche Schnittstellen dazu, im Fall von ADM unhörbar zu sein, da es sich bei den Fehlern um Einzelbitfehler handelt. Im Fall von PCM ist wahrscheinlich eine spezielle Signalverarbeitung erforderlich, um die Hörbarkeit der Schnittstellen zu verringern. Gemäß dem oben zitierten Handbook for Sound Engineers, haben verschiedene Signalverarbeitungstechniken erfolgreich die Hörbarkeit solcher "Schnittstellen" verringert.
Bezugnehmend auf Fig. 8, liefert das Surround-Ausgangssignal vom Matrixdecoder 4 (optional über den Surround-Kanal-Entzerrer 8) der Fig. 1 oder 2 das Eingangssignal für den Dekorrelator, das an ein Anti-Aliasing-Tiefpaßfilter 102 im Signalverarbeitungspfad und an einen Hüllkurvengenerator 122 im Steuersignalpfad angelegt wird. Das gefilterte Eingangssignal wird dann an einen Analog/Digital-Umsetzer (vorzugsweise ADM) 104 angelegt, dessen digitale Ausgabe, an zwei Wege angelegt wird, die das linke Surround-Ausgangssignal bzw. das rechte Surround- Ausgangssignal erzeugen. Die Benennung dieser Wege als "links" und "rechts" ist ganz willkürlich und kann auch umgekehrt werden. Die Wege sind die gleichen und enthalten eine getaktete Verzögerungsleitung 106 (114), einen Digital/Analogumsetzer 108 (116) und ein Anti-Spiegel- Tiefpaßfilter 110 (118).
Das Steuersignal zur Steuerung der Tonhöhenverschiebung durch Änderung der Taktung der Verzögerungsleitungen 106 und 114 ist fest oder variabel, abhängig von der Stellung eines Schalters 124, der das Eingangssignal zu einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 128 sehr niedriger Frequenz entweder von dem Hüllkurvengenerator 122 wählt, welcher der syllabischen Rate des Surround-Kanal-Audiosignals folgt, oder von einer festen Quelle, die als veränderbarer Widerstand 126 dargestellt ist. Der VCO 128 arbeitet bei einer sehr niedrigen Frequenz, unterhalb von 5 Hz. Das Ausgangssignal des Niederfrequenz-VCO 128 wird direkt an einen Hochfrequenz-VCO 130 angelegt, der die Verzögerungsleitung 106 des linken Surround- Weges taktet, und wird außerdem von einem Inverter 132 zum Anlegen an einen zweiten Hochfrequenz-VCO 134 invertiert, welcher die Verzögerungsleitung 114 in dem rechten Surround-Weg taktet. Wenn kein Ausgangssignal von dem Niederfrequenz-VCO 128 ansteht, sind die beiden Hochfrequenz-VCOs auf dieselbe Frequenz eingestellt (im Megahertzbereich) wobei die genaue Frequenz von der für die Verzögerungsleitungen erforderlichen Taktrate abhängt, die ihrerseits von der gewählten digitalen Abtastrate abhängt). Der Niederfrequenz- Oszillator 128 moduliert die Hochfrequenzoszillatoren und erzeugt komplementäre Tonhöhenverschiebungen.
Alternativ kann der Dekorrelator von Fig. 8 vereinfacht werden, so daß das Surround-Ausgangssignal von dem Matrixdecoder in einem ersten Weg ohne Verarbeitung entweder dem (den) linken Surround-Lautsprecher(n) 112 oder dem (den) rechten Surround-Lautsprecher(n) 120 zugeführt wird. Der andere Weg wird über eine vorzugsweise fixierte Frequenz- oder Tonhöhenverschiebungsverarbeitung an den (die) anderen der Lautsprecher angelegt, welche das Anti-Aliasing-Tiefpaßfilter 102, den Analog/Digital-Umsetzer 104, die Verzögerung 106, den Digital/Analog-Umsetzer 108 und das Anti-Spiegel-Tiefpaßfilter 110 enthält. Die Verzögerung 106 wird gemäß Darstellung in Fig. 8 vorzugsweise mit dem Schalter 124 so eingestellt gesteuert, daß das feste Eingangssignal von dem Potentiometer 126 gewählt wird. Der Betrag der Frequenzverschiebung, der bei dieser Variation erforderlich ist, bei der die Tonhöhe nur in einem Kanal verschoben wird, ist etwa doppelt so groß wie jene, die in jedem der Wege bei der Ausführungsform von Fig. 8 vorgesehen ist.
Das Ausgangssignal der Wege wird < nach geeigneter Verstärkung) einem (vorzugsweise) oder einer Gruppe von linken Surround-Lautsprechern 112 bzw. einem (vorzugsweise) oder einer Gruppe von rechten Surround-Lautsprechern 120 zugeführt. Die Lautsprecher sollten so angeordnet sein, daß sie ein erstes und ein zweites Schallfeld generell links (Seite und/oder hinten) und rechts (Seite und/oder hinten) von Hörpositionen innerhalb des Hörraums erzeugen. Die vorerwähnten Techniken hinsichtlich der Erzeugung eines vorherrschend diffusen Schallfeldes werden vorzugsweise bei dem dekorrelierten Surround eingesetzt.

Claims

1. Rundumschall-System zur Wiedergabe mehrerer voraufgezeichneter Schallkanäle, einschließlich eines linken, eines rechten und eines Rundum-Schallkanals, in einem relativ kleinen Raum, etwa einem Haus, umfassend

eine Lautsprecheranordnung (10, 12) zur Erzeugung, bei Anordnung in ihrer oder ihren Betriebspositionen in bezug auf den Hörraum, als Antwort auf ein erstes und ein zweites Eingangssignal eines ersten und eines zweiten Schallfeldes an Hörpositionen innerhalb des Hörraums,

eine Einrichtung zum Koppeln des linken und des rechten (6) Schallkanals als das erste und das zweite Eingangssignal an die Lautsprecheranordnung, eine zusätzliche Lautsprecheranordnung (16) zur Erzeugung, bei Anordnung in ihrer oder ihren Betriebspositionen in bezug auf den Hörraum, als Antwort auf ein drittes Eingangssignal eines dritten Schallfeldes an Hörpositionen innerhalb des Hörraums, und

eine Einrichtung zum Koppeln des Rundum-Schallkanals als das dritte Eingangssignal an die zusätzliche Lautsprecheranordnung, wobei die Einrichtung zum Koppeln des Rundumkanals an die zusätzliche Lautsprecheranordnung eine Einrichtung zur Entzerrung des Rundumkanals enthält, um die vom Hörer wahrnehmbaren Differenzen in der Klangfarbe zwischen dem Rundum-Schallkanal und den anderen Schallkanälen zu kompensieren,

dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang der Einrichtung zur Entzerrung (8) mit einer Toleranz von etwa ± 2dB bis zu etwa 10 kHz und etwa ±4dB von etwa 10 kHz bis 20 kHz ist:

2. System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet dadurch, daß die zusätzliche Lautsprecheranordnung erste und zweite zusätzliche Lautsprecher oder Gruppen von Lautsprechern (112, 120) enthält, und die Einrichtung zum Koppeln des Rundumkanals an die zusätzliche Lautsprecheranordnung eine Einrichtung (102, 104, 106, 108, 110, 114, 116, 118, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134) zum Ableiten von zwei Schallkanälen von dem Rundum-Schallkanal aufweist, welche, wenn sie von dem ersten und dem zweiten zusätzlichen Lautsprecher oder bzw. der ersten und der zweiten Gruppe von Lautsprechern bei deren Anordnung in ihren Betriebsstellungen in bezug auf den Hörraum wiedergegeben werden, ein erstes und ein zweites Rundum-Schallfeld erzeugen, die in bezug zueinander an Hörstellen innerhalb des Hörraums eine niedrige Zwischenohr-Kreuzkorrelation aufweisen, und daß die Einrichtung zum Koppeln die beiden Schallkanäle an den ersten und den zweiten Rundum-Schallkanallautsprecher oder die erste und die zweite Gruppe von Lautsprechern koppelt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zum Koppeln des Rundumkanals an die zusätzliche Lautsprecheranordnung eine Einrichtung zur Verminderung des Kammfiltereffekts enthält, wenn der Rundumkanal in einem Raum reproduziert wird.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ableitung von zwei Schallkanälen von dem Rundum-Schallkanal eine Einrichtung (122, 126, 128, 130, 132, 134, 106, 114) zum Verschieben der Tonlage der beiden Schallkanäle in bezug zueinander enthält.

5. Rundum-Schallsystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Schallfeld jeweils eine Direktschallfeldkomponente aufweisen, die gegenüber der diffusen Schallfeldkomponente an Hörpositionen innerhalb des Hörraums vorherrscht, und wobei das dritte Schallfeld eine diffuse Schallfeldkomponente aufweist, die an Hörpositionen innerhalb des Hörraums gegenüber der Direkt-Schallfeldkomponente vorherrscht.

6. System nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren voraufgezeichneten Schallkanäle Tonspuren eines Films sind, die zur Wiedergabe in einem Raum entzerrt sind, dessen Raumlautsprechersystem auf die Standardfilmtheater-X- Kurve ausgerichtet ist, und daß die Einrichtung zum Koppeln des linken und des rechten Schallkanals an die Lautsprecheranordnung eine Einrichtung zum Re-Entzerren der Filmtonspuren zur Kompensation der X-Kurven-Entzerrung enthält.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Re- Entzerrung eine Schaltung umfaßt, die den Frequenzgang eines Tiefpaßfilters mit einer Shelf- Antwort aufweist, derart, daß ihren Frequenzgang bis zu etwa 4 bis 5 kHz relativ flach ist, zwischen 4 bis 5 kHz und etwa 10 kHz abfällt und oberhalb etwa 10 kHz relativ flach ist.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang mit einer Toleranz von etwa ± 1 dB bis hin zu etwa 10 kHz und etwa ± 2 dB von etwa 10 kHz bis 20 kHz ist: