DE69231193T2

DE69231193T2 - Verfahren zur Koeffizientenbestimmung für Kammfilter

Info

Publication number: DE69231193T2
Application number: DE69231193T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kowaki
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2012-04-15
Also published as: US5247474A; DE69227273D1; EP0509767A2; EP0827276A2; EP0509767A3; EP0509767B1; DE69227273T2; EP0827276B1; DE69231193D1; EP0827276A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit, die künstlich Nachhalltonsignale zu Musiksignalen usw. hinzufügt und die Präsenz und den Eindruck einer Schallverteilung, wie sie tatsächlich in einem Konzerthaus vorhanden ist, in einem Wohnraum und im Inneren eines Fahrzeuges vermittelt. Insbesondere soll die vorliegende Erfindung die Einstellung der Verzögerungszeit von Kammfiltern vereinfachen, um Abläufe zur Bildung verschiedener Arten von Nachhalltönen zu erleichtern. Des weiteren soll die vorliegende Erfindung Koeffizienten der Nachhalleinheit einstellen, um unangenehme Töne, die in dem hinteren Teil eines Nachhalls entstehen, in mehreren Stufen von Kammfiltern zu entfernen, die in einer parallelen Anordnung angeschlossen sind, und um effizient Hochfrequenzkomponenten in dem hinteren Teil der Nachhalltöne zu entfernen.
Fig. 25 ist eine Darstellung, die eine erste Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 25 umfaßt eine herkömmliche Nachhalleinheit, die aus einem DSP (Digitalsignalprozessor) besteht und die Präsenz und den Eindruck einer Schallverteilung jedes Veranstaltungsortes, wie eines Konzerthauses, eines halligen Studios, einer Kirche, eines Stadiums usw. vermittelt, einen Anfangsverzögerungsspeicher 10, der im voraus Eingangssignale mit einer bestimmten Abtastperiode verarbeitet; einen Anfangsreflexionsverzögerungsspeicher 20, der aus einem FIR- ("finite impulse response") Digitalfilter besteht und einen Verzögerungsspeicher 20- 1, der seinerseits Ausgangsdaten von dem Anfangsverzögerungsspeicher 10 empfängt, Vervielfacher 20-2, welche die Amplitude der verzögerten Daten einstellen, die von jedem Abgriff des Verzögerungsspeichers 20-1 erhalten werden, und Addierer 20-3, welche die Ausgangsdaten von jedem der Vervielfacher 20-2 addieren, enthält; eine Nachhallvorrichtung 30, die aus einem IIR- ("infinite impulse response") Digitalkammfilter besteht, die eine Verzögerungsvorrichtung 30-1, welche die Ausgangsdaten von dem Anfangsverzögerungsspeicher um eine vorbestimmte Dauer verzögert, Vervielfacher 30-2, die eine Verstärkung im Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 30-1 einstellen, und einen Addierer 30-3, der die Ausgangsdaten der Vervielfacher 30-2 und die Eingangsdaten der Verzögerungsvorrichtung 30-1 addiert, enthält; und einen Addierer 40, der die Ausgangsdaten der Nachhallvorrichtung 30 und des Anfangsreflexionsverzögerungsspeichers 20 addiert.
Eine Abtastfrequenz, die für gewöhnlich verwendet wird, beträgt etwa 48 kHz und eine Tonfrequenz von etwa dem Zweifachen des Maximalwertes 20 kHz wird als Abtastfrequenz angenommen. In der Verzögerungsvorrichtung 30-1 zum Beispiel werden beliebig Schieberegister, RAM usw., verwendet. Im Falle des Schieberegisters werden die Verzögerungsdaten von Ausgangsabgriffen zum Einstellen der Verzögerungszeit, abhängig von der Wahl der Ausgangsabgriffe, verwendet. Im Falle des RAM wird eine Verzögerungszeit durch Speicheradressen eingestellt.
Fig. 26 ist eine Darstellung, die einen Anfangsreflexionston und einen Nachhallton zeigt, der von einer Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik wiedergegeben wird. Mit Bezugnahme auf Fig. 26 trifft der Direktschall unmittelbar von einer Schallquelle an dem Sitz des Zuhörers ein. Der Anfangsreflexionsschall, der von der Decke, den Wänden, dem Boden reflektiert wird und spät bei dem Sitz eintrifft, wird durch den Anfangsreflexionsverzögerungsspeicher 20 gebildet. Nach einer Verzögerung mit einer Zeitdauer T2 durch den Anfangsspeicher 10 trifft eine Reihe von Nachhallschall, der vielfach reflektiert ist, willkürlich aus allen Richtungen bei dem Sitz ein, wobei verschiedene Verzögerungszeiten und ein schrittweises Senkungspegelmuster von der Nachhallvorrichtung 30 gebildet werden.
Fig. 27 ist eine Darstellung, welche die Frequenzkennlinien einer Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt. Wenn, mit Bezugnahme auf Fig. 27, im Falle der Verwendung zum Beispiel eines RAM als Verzögerungsvorrichtung 30-1 der Nachhallvorrichtung 30, ein Abgriff der Verzögerungsvorrichtung 30-1 als Abgriff = 1 (tap = 1) eingestellt wird, um eine Verzögerungszeit um eine Abtastperiode (Z&supmin;¹) zu verzögern, zeigt ein IIR-Filter eine Frequenzkennlinie, wie in dieser Fig. 27(a) dargestellt ist. Wenn in diesem Fall eine Verstärkung der Vervielfacher 30-2 als ein g-Wert eingestellt ist, ist der maximale Amplitudenwert 1/(1 - g) bei Frequenzen = 0, fs, und der minimale Amplitudenwert ist 1/(1 + g) bei einer Frequenz = fs/2. Bei einer Einstellung tap = 2, wie in Fig. 27(b) dargestellt ist, das heißt, bei einer Verzögerung um zwei Abtastperioden (Z&supmin;²), erscheint eine Standardschwingungsspitze bei einer Frequenz fs/2. Des weiteren erscheinen bei der Einstellung tap = 3, 4 Standardschwingungsspitzen bei Frequenzen fs/3 bzw. fs/4. Im allgemeinen erscheinen bei der Einstellung fs = D zunehmend, wie beschrieben, Standardschwingungsspitzen bei jeder Frequenz fs/D.
Die Abgriffpositionen der Verzögerungsvorrichtung 30-1 werden abhängig von den Eigenschaften des dargebotenen Konzerthauses, Live-Hallen, der Kirche, des Stadiums usw. eingestellt. Wie in Fig. 29 dargestellt, hat der Kammfilter 30 mehrere Standardschwingungsspitzen, so daß mehrere Stufen von Kammfiltern, die in der Folge beschrieben werden, deren Abgriffpositionen geringfügig verschoben sind, bei dem Kammfilter 30 vorgesehen sind, um einen Ausgang des Kammfilters 30 zu synthetisieren, dessen Frequenzkennlinien so linear wie möglich sind.
Bei dem obengenannten Koeffizienteneinstellverfahren der Kammfilter 30-1 entsteht das Problem, daß die Spitzen jeder einzelnen Stufe sich anhäufen und ein unangenehmes Hörempfinden bereiten. Daher müssen bei dieser Einstellung, das heißt, bei der Verzögerungszeiteinstellungsanpassung jedes Stufenkammfilters, die Koeffizienten in jeder Stufe abhängig von dem Höreindruck mit "Senken und Versuchen" eingestellt werden, oder die Abgriffpositionen müssen unter Verwendung von FFT (Fast Fourier Transformation) einzeln eingestellt werden. Daher ist es schwierig, Spitzen in dem Hörempfinden von Frequenzkennlinien einzustellen und zu entfernen, um eine Variation vieler Nachhalltöne zu erzeugen. Wenn zum Beispiel das Schallfeld von einer Konzerthalle zu einer Live-Halle geändert wird, ist ferner eine komplexe Koeffizienteneinstellmethode notwendig, um die eingestellten Daten für eine entsprechende Einheit zu erzeugen und zu speichern.
Fig. 28 ist eine Darstellung, die eine Nachhalleinheit mit 4 Kammfilterstufen zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 28 wird eine Nachhalleinheit mit einer Mehrzahl von Kammfiltern, die in vier Stufen ausgebildet sind, besprochen. Zunächst enthält die Nachhalleinheit als ersten bis vierten Kammfilter 30, 31, 32 und 33, Verzögerungsvorrichtungen 30-1, 31-1, 32-1, 33-1, Vervielfacher 30-2, 31-2, 32-2, 33-2, Addierer 30-3, 31- 3, 32-3, 33-3, und eine Addierer 34 zum Addieren jeder der Verzögerungsvorrichtungen 30-1, 31-1, 32-1. Abgriffpositionen der ersten bis vierten Kammfilter 30, 31, 32 und 33 sind abhängig von den Eigenschaften des Veranstaltungsortes, d. h. des Konzerthauses, der Live- Halle, der Kirche, des Stadiums usw., eingestellt.
Fig. 29 ist eine Darstellung, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters zeigt. Wenn, wie in Fig. 29 dargestellt, die Abgriffpositionen eines Kammfilters eingestellt sind, hat das Kammfilter mehrere Standardschwingungsspitzen, so daß mehrere Stufen von Kammfiltern, deren Abgriffpositionen geringfügig verschoben sind, mit dem ersten bis vierten Kammfilter 30, 31, 32 und 33 vorgesehen sind, um einen Ausgang des Kammfilters zu synthetisieren, dessen Frequenzkennlinien so linear wie möglich sind.
Bei dem obengenannten Koeffizienteneinstellverfahren der Kammfilter 30, 31, 32 und 33 entsteht folgendes Problem. Wenn, mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 29, vier Stufen von Kammfiltern gebildet werden, um solche Frequenzkennlinien zu verbessern, wird jede Verzögerungszeit der Verzögerungsvorrichtungen 30-1, 31- 1, 32-1, 33-1 mit D1, D2, D3 und D4 im Verhältnis D1 > D2 > D3 > D4 eingestellt. Als kurze Erklärung, jeder Vervielfachungskoeffizient der Vervielfacher 30-2, 31-2, 32-2 und 33-2 ist für gewöhnlich mit g1, g2, g3 und g4 in dem Verhältnis g1 = g2 = g3 = g4 eingestellt.
Fig. 30 ist eine Darstellung, die Hüllkurven einer Nachhallzeit jedes Kammfilters zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 30 ist die Senkung der Amplitude des Kammfilterausganges hoch, da jede Verzögerungszeit der Kammfilter klein ist. Da die Hüllkurve des hinteren Teiles einer Nachhallamplitude eines Kammfilters mit einer geringen Verzögerungszeit zu klein ist, um die Dichte von Impulsen zu verringern, entsteht das Problem, daß in dem hinteren Nachhallteil keine lineare Frequenzkennlinie erreicht wird, obwohl diese im vorderen Nachhallteil erzielt wird. Somit bleiben bei der Wiedergabe des hinteren Nachhallteiles unangenehme Töne wie "parapara(tiritiri)" bestehen. Wenn des weiteren die obengenannte Verzögerungszeit D1-D4 mit derselben Zeit eingestellt ist, ist eine Koeffizienteneinstellmethode synthetisch leicht.
Fig. 31 ist eine Darstellung, die den Aufbau einer zweiten Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 31 enthält ein Kammfilter 40 der Nachhalleinheit einen ersten Speicher 41 für den Empfang von Eingangssignalen mit einer bestimmten Abtastperiode, einen ersten Vervielfacher 42 zum Vervielfachen eines Ausgangssignals, welches der erste Verzögerungsspeicher 41 um eine T1-Dauer verzögert, um einen vorbestimmten Koeffizienten, und einen Addierer 43 zum Addieren eines Ausganges des ersten Vervielfachers 42 und des Eingangssignals.
Des weiteren enthält die hintere Stufe des Kammfilters 40 einen zweiten Verzögerungsspeicher 44 für den Empfang des Ausgangssignals des ersten Verzögerungsspeichers 41, einen zweiten Vervielfacher 45 zum Vervielfachen des Ausgangssignals, welches der zweite Verzögerungsspeicher 44 um eine Abtastperiode T2 verzögert, um einen vorbestimmten Koeffizienten g3, einen dritten Vervielfacher 46 zum Vervielfachen des Ausgangssignals des ersten Speichers 41 um einen vorbestimmten Koeffizienten, und einen Addierer 47 zum Addieren der Ausgänge des zweiten und dritten Vervielfachers 45 und 46.
In der Folge wird ein Betrieb des Kammfilters besprochen. Das erste Verzögerungsfilter 41, der Vervielfacher 42 und Addierer 43 enthalten ebenso eine Art von IIR-Filter zur Wiedergabe von Direktschall, anfänglichem Reflexionsschall und Nachhallschall, die in einem Originalton in Musiksälen enthalten sind. Nachhallschall gehen auch in Konzertsälen komplexe Wege, treffen spät ein und vermitteln die Präsenz und das Gefühl einer Schallverteilung mit Direktschall und dem anfänglichen Reflexionsschall.
Fig. 32 ist eine Darstellung, welche die Nachhallschallkennlinien zeigt, die von der Nachhalleinheit von Fig. 31 wiedergegeben werden. Die am besten geeignete Verzögerungszeit T1 und der am besten geeignete Vervielfachungskoeffizient g1 werden für verschiedene Musikkonzerte eingestellt. Wenn, wie in dieser Figur dargestellt, ein Signal zum Zeitpunkt 0 in den ersten Verzögerungsspeicher 41 eingegeben wird, erscheint ein T1-Zeitausgang mit einer Senkungsrate g1 als eingestellten Vervielfachungskoeffizient.
Danach sind der zweite Verzögerungspeicher 44, der zweite und der dritte Vervielfacher 45 und 46, und der zweite Addierer 47 in einem 2-Elementfilter ausgebildet und weisen eine Tiefpaßfilterfunktion auf, wenn Vervielfachungskoeffizienten g2 bzw. g3 passend eingestellt sind. Wenn der Nachhall im hinteren Teil des Nachhalls Hochfrequenzkomponenten enthält, die bei der anfänglichen Schallfeldbildung notwendig sind, werden die Hochfrequenzkomponenten für gewöhnlich gelöscht, da ihre Beibehaltung nicht wünschenswert ist. Daher ist das Tiefpaßfilter der hinteren Stufe bei dem Kammfilter 40 vorgesehen.
In der obengenannten Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik entsteht jedoch das Problem, daß das Tiefpaßfilter die Entfernung der Hochfrequenzkomponenten ermöglicht, die wegen des hinteren Teiles des Nachhalls und auch wegen des anfänglichen Teils des Nachhalls auftreten. Wenn daher das Tiefpaßfilter so aufgebaut ist, daß er die Hochfrequenzkomponenten nur im hinteren Teil des Nachhalls entfernt, abhängig von der Entstehungszeit des Nachhalls, der im Anfangsteil erzeugt wurde, entsteht das Problem, das die Konstruktion groß und eine Steuerung schwierig ist.
Die Bell Telephone System Technical Publication Nr. 4309, 1962, New York, USA, S. 1-5; M. R. Schroeder; "Natural Sounding Artificial Reverberation" offenbart die Verwendung einer Mehrzahl von Kammfiltern, die zur Erzeugung eines künstlichen Nachhalls parallel geschaltet sind.
Elektor Electronics, Band 16, Nr. 176, März 1990, Canterbury, GB, S. 55-57; T. Giffard; "BBD Sound Effects Units" offenbart die Erzeugung eines künstlichen Nachhalls unter Verwendung einer sogenannten Eimerkettenverzögerung. Diese beinhaltet eine Reihe von Abtast- und Halteschaltungen, von welchen jede aus elektronischen Schaltern und Kondensatoren besteht. Durch die Verwendung mehrfacher Verzögerungen an parallelen Abtasthalteschaltungen können verschiedene Nachhalleffekte erzeugt werden. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter den Schritt der zuverlässigen Einstellung von Vervielfachungskoeffizienten von Vervielfachern, die mit den Kammfiltern bereitgestellt sind, als gn = 10-3Dn/Rev, Rev = -3 · D1/log&sub1;&sub0;g1, wobei Dn eine Verzögerungszeit der n-ten Verzögerungsvorrichtung ist, die bei jedem Kammfilter bereitgestellt ist, und gn ein Vervielfachungskoeffizient von Vervielfachern jedes Kammfilters ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter, enthaltend erste Verzögerungspeicher, die jeweils ein Eingangssignal mit einer vorbestimmten Abtastperiode empfangen, Vervielfacher, die an Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher angeschlossen sind, zweite Verzögerungsspeicher, die an die Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher angeschlossen sind, zweite Vervielfacher, die an die Ausgänge der zweiten Verzögerungsspeicher angeschlossen sind, Addierer zum Addieren der Ausgänge der ersten Vervielfacher und der zweiten Vervielfacher und des Eingangssignals mit der vorbestimmten Abtastperiode, die Schritte des Einstellens von Verzögerungszeiten der ersten Verzögerungsspeicher, die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit D1, D2, ..., Dn, des Einstellens von Vervielfachungskoeffizienten der ersten Vervielfacher, die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit g11, g21, ..., gn1, des Einstellens von Vervielfachungskoeffizienten der zweiten Vervielfacher, die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit g12, g22, ..., gn2, und des Aufrechterhaltens eines Verhältnisses zu den Koeffizienten und Verzögerungszeiten, wobei
gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev, (n = 1, 2, ..., n)
Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;(g11 + g12), und
g11/g12 = g21/g22 = ... = gn1/gn2.
Die Erfindung löst die obengenannten Probleme durch das Einstellen von Verzögerungszeiten und Vervielfachungskoeffizienten mit einer einfachen Konstruktion, um die Frequenzkennlinien im hinteren Teil des Nachhalls linear zu machen und Hochfrequenzkomponenten im hinteren Teil mit einer einfachen Konstruktion zu entfernen.
Einige Beispiele für Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung, in Verbindung mit Verfahren und Vorrichtungen aus Vergleichsbeispielen werden nun mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 24 der beiliegenden Zeichnungen beschreiben, von welchen:
Fig. 1 eine Darstellung ist, die eine Nachhalleinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
Fig. 2 eine Darstellung ist, die den ersten grundlegenden Aufbau gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine Darstellung ist, die den zweiten grundlegenden Aufbau gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung ist, die ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt;
Fig. 5 eine Darstellung ist, welche Positionen in Spitzenfrequenzen einer Standardschwingung jedes Kammfilters von Fig. 4 zeigt;
Fig. 6 eine Darstellung ist, die ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Darstellung ist, die eine Nachhallschallwiedergabe eines Kammfilters von Fig. 6 zeigt;
Fig. 8 eine Darstellung ist, die eine Nachhalleinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Darstellung ist, welche die Entfernung einer Hochfrequenzkomponente zeigt;
Fig. 10 eine Darstellung ist, die den Amplitudenfrequenzgang A(ω) zeigt;
Fig. 11 eine Darstellung ist, die den Amplitudenfrequenzgang A(ω) n zeigt;
Fig. 12 eine Kennliniendarstellung ist, die Versuchsdaten der Nachhalleinheit gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 13 eine Darstellung ist, die eine Nachhalleinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 14 eine Darstellung ist, die eine Nachhalleinheit gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 15 eine Darstellung ist, die eine Nachhalleinheit gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 16 eine Darstellung ist, die ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 17 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 500-1 zeigt;
Fig. 18 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 500-2 zeigt;
Fig. 19 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 500-3 zeigt;
Fig. 20 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 500-4 zeigt;
Fig. 21 eine Darstellung ist, welche die Nachhalltonwiedergabe eines Kammfilters von Fig. 16 zeigt;
Fig. 22 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 23 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-8 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 24 eine Darstellung ist, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-8 für den Fall zeigt, daß die Nachhallzeit jedes Kammfilters gleich ist, aber die Entfernungseigenschaften von Hochfrequenzen nicht gleich sind;
Fig. 25 eine Darstellung ist, welche eine erste Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 26 eine Darstellung ist, welche einen anfänglichen Nachhallschall und einen Nachhallschall zeigt, der von einer Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik wiedergegeben wird;
Fig. 27 eine Darstellung ist, welche Frequenzkennlinien einer Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 28 eine Darstellung ist, welche eine Nachhalleinheit mit Kammfiltern in 4 Stufen zeigt;
Fig. 29 eine Darstellung ist, welche Frequenzkennlinien eines Kammfilters zeigt;
Fig. 30 eine Darstellung ist, welche Hüllkurven einer Nachhallzeit für jeden Kammfilter zeigt;
Fig. 31 eine Darstellung ist, die den Aufbau einer zweiten Nachhalleinheit nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 32 eine Darstellung ist, welche die Nachhallschallkennlinien zeigt, die von der Nachhalleinheit von Fig. 31 wiedergegeben werden.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die das Prinzip einer Nachhalleinheit eines Vergleichsbeispieles zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 1 werden die Koeffizienten einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter 10-1, ..., 10-n durch Einstellen einer Verzögerungszeit der k-ten Verzögerungsvorrichtung 11-k, die mit den n Kammfiltern versehen ist, mit Tk = T1/2 (k - 1)/n bestimmt sowie durch Anordnen von Frequenzen, mit welchen Standardschwingungsspitzen jedes Kammfilters auftreten, in gleichmäßigen Intervallen auf einer logarithmischen Achse.
Bei dem obengenannten Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter sind die Verzögerungszeiten für jede Verzögerungsvorrichtung 11-1, ..., 11-n, die mit jedem Kammfilter vorgesehen ist, durch die obengenannte Gleichung gegeben, so daß die Einstellung der Koeffizienten leicht sein kann. Und die Frequenzen, von welchen die Standardschwingungsspitzen auftreten, sind in gleichmäßigen Intervallen auf einer logarithmischen Achse angeordnet, so daß die synthetisierten Frequenzkennlinien linear werden. Obwohl die Kammfilter viele lineare Stufen haben müssen, kann des weiteren durch die Einstellung jeder Verzögerungszeit als Exponentialfunktion zur Anordnung der Schwingungsspitzen der Frequenzen in Oktavintervallen die vorliegenden Erfindung beim Hörempfinden leicht und effektiv lineare Frequenzkennlinien erreichen.
Fig. 2 ist eine Darstellung, die das Prinzip des ersten Aspektes der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 2 sind die Koeffizienten einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter durch passende Einstellung von Vervielfachungskoeffizienten von Vervielfachern 12-1, ..., 12-n, die mit den Kammfiltern vorgesehen sind, mit gn = 10-3Dn/Rev, Rev = -3 · D1/log&sub1;&sub0;g1, bestimmt, wobei Dn eine Verzögerungszeit der n-ten. Verzögerungsvorrichtung Dn ist, die mit jedem Kammfilter vorgesehen ist, und gn ein Vervielfachungskoeffizient von Vervielfachern jedes Kammfilters ist.
Mit dem obengenannte Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter sind die Vervielfachungskoeffizienten jedes Vervielfachers 12- 1, ..., 12-n, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, durch die obengenannte Gleichung gegeben, so daß die Einstellung der Koeffizienten leicht sein kann und auch die Frequenzkennlinien in dem hinteren Teil wie auch im vorderen Teil des Nachhalls linear sein können, da die Nachhallzeit jedes Kammfilters gleich ist und die Hüllkurven der Nachhallkennlinien untereinander gleich sind. Das heißt, die Impulsdichte des hinteren Nachhalls kann konstant sein, um eine Abnahme zu verhindern und angenehm zu bleiben.
Fig. 3 ist eine Darstellung, die das Prinzip des zweiten Aspektes der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 3 ist eine Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter 10- 1, ..., 10-n dargestellt. Jeder Filter 10-1, ..., 10-n enthält erste Verzögerungsspeicher 13-1, ..., 13-n, die jeweils ein Eingangssignal Vi mit einer vorbestimmten Abtastperiode empfangen, erste Vervielfacher 14-1, ..., 14-n, die an Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher 13- 1, ..., 13-n angeschlossen sind, zweite Verzögerungsspeicher 15-1, ..., 15-n, die an die Ausgänge ersten Verzögerungsspeicher 13-1, ..., 13-n angeschlossen sind, zweite Vervielfacher 16-1, ..., 16-n, die an Ausgänge der zweiten Verzögerungsspeicher 15-1, ..., 15-n angeschlossen sind, und Addierer 17-1, ..., 17-n, zum Addieren der Ausgänge der ersten Vervielfacher und der zweiten Vervielfacher und des Eingangssignals mit der vorbestimmten Abtastperiode. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Einstellens von Verzögerungszeiten der ersten Verzögerungsspeicher 13-1, ..., 13-n, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, mit D1, D2, ..., Dn, Einstellens der Vervielfachungskoeffizienten der ersten Vervielfacher 14-1, ..., 14-n, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, mit g11, g21, ..., gn1, Einstellens der Vervielfachungskoeffizienten der zweiten Vervielfacher 16-1, ..., 16-n, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, mit g12, g22, ..., gn2, und im wesentlichen Aufrechterhalten eines Verhältnisses zu den Koeffizienten und Verzögerungszeiten, wobei
gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev, (n = 1, 2, ..., n)
Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;(g11 + g12), und
g11/g12 = g21/g22 = ... = gn1/gn2.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren des weiteren das Einstellen der Verzögerungszeiten der zweiten Verzögerungsspeicher, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, mit T, und im wesentlichen Aufrechterhalten des Verhältnisses zu den Koeffizienten und Verzögerungszeiten, wobei
gn1/gn2
= ((c² - cosω T) - ((cosω T + 1 - 2c²)(cosω T - 1))1/2/(1 - c²), Rev = pDn = mD1, (n = 1, 2 ..., n, p, m: konstant), und c
= (((g12/g11)² + 2((g12/g11)cosω T + 1)1/2)/(g12/g11 + 1))c1 c1 = 2(1-n/Dan), (Dan: Stufenanzahl der Kammfilter).
Mit dem obengenannten Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter sind die ersten und zweiten Verzögerungsspeicher und die ersten und zweiten Vervielfacher, die mit jedem Kammfilter vorgesehen sind, durch die obengenannten Gleichungen gegeben, so daß die Einstellung der Koeffizienten leicht sein kann und auch die Impulsdichte des hinteren Nachhalls konstant und fast linear im hinteren Teil des Nachhalls sein kann, und die Hochfrequenzkomponenten in dem hinteren Teil des Nachhalls entfernt werden können.
Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. Wie in dieser Figur zur kurzen Erklärung dargestellt ist, wird die Verbindung von vier Kammfiltern in paralleler Anordnung in der Folge besprochen. Mit Bezugnahme auf Fig. 4 enthält die Nachhallvorrichtung 30, die aus einem DSP besteht, als ersten bis vierten Kammfilter 130, 131, 132 und 133, Verzögerungsvorrichtungen 130-1, 131-1, 132-1 und 133-1, Vervielfacher 130-2, 131-2, 132-2 und 133-2, Addierer 130-3, 131-3, 132-3 und 133-3, einen Addierer zum Addieren jedes Ausganges von den Verzögerungsvorrichtungen 130-1, 131-1, 132-1 und 133-1 und eine Steuerung 135 zum Steuern der Einstellung der Verzögerungszeit Tk = T1/2(k-1)/4 (k = 1-4) für jede der Verzögerungsvorrichtungen 130-1, 131-1, 132-1 und 133-1.
Eine Verzögerungszeit T1 der Verzögerungsvorrichtung 130- 1 wird, wenn ein Konzertsaal spezifiziert und eingestellt ist, zum Beispiel mit 40 ms bestimmt. Bei einer Einstellung einer Abtastfrequenz fs = 48 kHz, ist hier die Abgriffzahl Tap1 = 48 kHz · 40 ms = 1920. Danach wird eine Verzögerungszeit T2 der Verzögerungsvorrichtung 131- 1 mit T2 = T1/21/4 = 40 ms/21/4 = 33,6 ms eingestellt. Somit ist die Abgriffanzahl Tap2 = 48 kHz · 33,6 ms = 1613. Des weiteren wird eine Verzögerungszeit T3 der Verzögerungsvorrichtung 132-1 mit T3 = T1/22/4 = 40 ms/22/4 = 28,3 ms eingestellt. Somit ist die Abgriffanzahl Tap3 = 48 kHz · 28,3 ms = 1358. Ebenso wird eine Verzögerungszeit T4 der Verzögerungsvorrichtung 133-1 mit T4 = T1/23/4 = 40 ms/23/4 = 23,8 ms eingestellt. Somit ist die Abgriffanzahl Tap4 = 48 kHz · 23,8 ms = 1142.
Fig. 5 ist eine Darstellung, welche die Positionen in Spitzenfrequenzen einer Standardschwingung jedes Kammfilters zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 5 ist eine Spitzenfrequenz in der Standardschwingung des ersten Kammfilters 130 1/40 ms = 25 Hz; eine Spitzenfrequenz in der Standardschwingung des zweiten Kammfilters 131 ist 1/33,6 ms = 30 Hz; eine Spitzenfrequenz in der Standardschwingung des dritten Kammfilters 132 ist 1/28,3 ms = 35 Hz und eine Spitzenfrequenz in der Standardschwingung des vierten Kammfilters 133 ist 1/23,8 ms = 42 Hz.
Eine Spitzenfrequenz 30' in der Figur, als Referenz, ist eine primäre höhere harmonische Frequenz (50 Hz).
Zuvor wurde ein Koeffizienteneinstellverfahren der Nachhalleinheit mit vier Kammfiltern besprochen, wobei im allgemeinen eine Verzögerungszeit Tk eines k-ten Kammfilters einer Verbindung von mehreren (n) Kammfiltern in paralleler Anordnung mit Tk = T1/2(k-1)/n eingestellt ist. Somit ist die Abgriffposition Tapk = fs · Tk = T1 · fs/2(k-1)/n und auch eine Spitzenfrequenz der Standardschwingung fs ist fs = 1/Tk = 2(k1)/n/T1.
Die Spitzenfrequenzen in einer Standardschwingung jedes Kammfilters, die auf diese Weise erhalten werden, sind in gleichmäßigen Intervallen auf einer logarithmischen Achse in einer theoretischen Oktave angeordnet, die nicht leicht aufgestockt werden. Des weiteren tritt bei den obengenannten Intervalle nicht leicht ein periodischer "Habitus" im Hörempfinden ein. Daher kann die minimale Anzahl von Stufen von Kammfiltern lineare Frequenzkennlinien erreichen. In diesem Fall können die Vervielfachungskoeffizienten der Vervielfacher 130-2, 131-2, 132-2 und 133-2, wie in Fig. 4 dargestellt, willkürlich g1, g2, g3 bzw. g4 sein.
Wie zuvor beschrieben ist die Verzögerungszeit Tk der k. Verzögerungsvorrichtung in n Stufen parallel verbundener Kammfilter mit Tk = T1/2(k-1)/n eingestellt, so daß Frequenzen, die aufgrund der Standardschwingungsspitzen jedes Kammfilters entstehen, in gleichmäßigen Intervallen auf einer logarithmischen Achse angeordnet werden können und lineare Frequenzkennlinien vereinfacht sein können, um den Vorgang zur Herstellung einer Vielzahl von Nachhalltönen zu erleichtern.
Fig. 6 ist eine Darstellung, die ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Eine Anordnung, wie in Fig. 6 dargestellt, ist dieselbe wie jene, die in Fig. 4 dargestellt ist, so daß eine Beschreibung unterlassen wird.
Fig. 7 ist eine Darstellung, die eine Nachhallschallwiedergabe eines Kammfilters von Fig. 6 zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 7 wird durch die Einstellung einer Verzögerungszeit D und eines Vervielfachungskoeffizienten g (g < 1) dieses Kammfilters und durch Normieren eines Eingangssignalpegels mit 1,0, ein erster Nachhallschall über eine Dauer D in bezug auf das Eingangssignal verzögert, und sein Pegel ist g, ein zweiter Nachhallschall wird eine weitere Dauer D in bezug auf dieses verzögert, und sein Pegel ist g², ..., und der n-te Nachhallschall wird über eine Dauer nD in bezug auf das Eingangssignal verzögert, und sein Pegel ist gn. Durch die Einstellung der Nachhallzeit zur Verringerung des Eingangssignals auf -60 dB als Rev, gilt 20log&sub1;&sub0;gn = 20nlog&sub1;&sub0;g = -60, Rev = nD(sec), Rev = -3 · D/log&sub1;&sub0;g(sec).
Die obengenannte Nachhallzeit Rev wird gemäß den Nachhalleigenschaften des Veranstaltungsortes, wie eines Konzertsaales, einer Live-Halle, einer Kirche, eine Stadiums usw. bestimmt. Auf der Basis der Zeit Rev werden die Verzögerungszeiten D1-D4 jeder Verzögerungsvorrichtung und ein Vervielfachungskoeffizient eines Vervielfachers 230-2, 231-2, 232-2 und 233-2, zum Beispiel der Vervielfachungskoeffizient g1 des Vervielfachers 230-2, bestimmt.
Alle anderen Vervielfachungskoeffizienten gn der Vervielfachungsvorrichtungen 231-2, 232-2, 233-2 werden mit gn = 10-3Dn/Rev (n = 2, 3, 4) abgeleitet. Auf diese Weise werden die Vervielfachungskoeffizienten bestimmt, so daß die Nachhallzeiten Rev der Kammfilter gleich sind und eine Hüllkurve der Nachhallkennlinien in jeder Stufe des hinteren Teils des Nachhalls gleichzeitig bestehen kann.
Zur genauen Erklärung des Ausführungsbeispieles von Fig. 7 unter Verwendung numerischer Werte, ergibt eine Einstellung D1 = 50 ms, D2 = 45 ms, D3 = 40 ms, D1 = 35 ms und g1 = 0,7, die Werte Rev = -3 · 50 ms/log&sub1;&sub0;0,7 = 970 ms, g2 = 10-3D2/970 = 0,7254, g3 = 10-3D2/970 = 0,7518, g4 = 10-3D4/970 = 0,7791.
Zusätzlich werden im allgemeinen Vervielfachungskoeffizienten von Kammfiltern in n Stufen mit gn = 10-3Dn/Rev angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Einstellung dieses Vervielfachungskoeffizienten ist bei einer kürzeren Verzögerungszeit ein Vervielfachungskoeffizient größer, wodurch vermindernde Hüllkurven in dem hinteren Teil des Nachhalls jedes Kammfilters gleich sind, um annähernd eine regelmäßige Dichte des Nachhalls von dem vorderen Teil zu dem hinteren Teil des Nachhalls zu erhalten und das Einstellen der Koeffizienten durch die Steuerung 230 zu erleichtern.
Des weiteren kann als zusätzliches Ausführungsbeispiel die Steuerung 230 einen Vervielfachungskoeffizient gk des k-ten Kammfilters von den Kammfiltern in n Stufen mit gk = 10-3Dk/Rev einstellen und eine Verzögerungszeit Dk mit Dk = D1/2(k-1)/n. Diese Verzögerungszeit wird mit demselben Zeitpunkt eingestellt, so daß die Einstellung von Kammfilterkoeffizienten synthetisch leichter wird. Diese Einstellung der Verzögerungszeit ermöglicht, daß die Spitzenfrequenzen in der Standardschwingung jedes Kammfilters in gleichen Intervallen auf der logarithmischen Achse angeordnet werden, wie in Fig. 6 dargestellt, so daß die Linearität der synthetisierten Frequenzen der Kammfilter vereinfacht und die Kammfilter optimiert werden.
Wie zuvor gemäß dem Ausführungsbeispiel erklärt wurde, wird der n-te Verzögerungskoeffizient einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter mit Dn eingestellt, ein Vervielfachungskoeffizient eines Vervielfachers wird mit gn = 10-3Dn/Rev, Rev = -3 · D1/log&sub1;&sub0;g1, eingestellt, so daß Nachhallzeiten jedes Kammfilters gleich sein können, unangenehme Töne entfernt werden können und die Einstellung der Koeffizienten einfach sein kann.
Fig. 8 ist eine Darstellung, die eine Nachhalleinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 8 wird in der Folge der Aufbau beschrieben. Die Nachhallvorrichtung 30 enthält einen ersten Speicher 301, der ein Eingangssignal mit einer bestimmten Abtastperiode empfängt, einen ersten Vervielfacher 302, der ein Ausgangssignal des ersten Verzögerungsspeichers 301, der das Eingangssignal um eine Dauer T1 verzögert, mit einem vorbestimmten Koeffizienten vervielfacht, einen Addierer 303 zum Addieren eines Ausgangssignals des ersten Vervielfachers 302 und des Eingangssignals, einen zweiten Verzögerungsspeicher 304, der das Ausgangssignal des ersten Verzögerungsspeichers 301 empfängt, und einen zweiten Vervielfacher 305, der ein Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsspeichers 304, der das Ausgangssignal des ersten Verzögerungsspeichers 301 um eine Abtastperiode T2 verzögert, mit einem vorbestimmten Koeffizienten vervielfacht, um das Eingangssignal beim Addierer 303 zu addieren.
Hier geben der erste Verzögerungsspeicher 301, der erste Vervielfacher 302 und ein Addierer 303 den Nachhall wieder, und der erste und zweite Vervielfacher 302 und 305, der zweite Verzögerungsspeicher 304 und der Addierer 303 entfernen die Hochfrequenzkomponenten des hinteren Teils des Nachhalls.
In der Folge wird die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispieles besprochen.
Fig. 9 ist eine Darstellung, welche die Entfernung von Hochfrequenzkomponenten zeigt, wobei ein Teil von Fig. 8 ausgeschnitten ist. Mit Bezugnahme auf Fig. 9 gilt bei einer Einstellung des Eingangssignals des zweiten Verzögerungsspeichers 304 mit x1(t) und des Ausgangssignals des Addierers 303 mit y1(t)
y1(t) = g1x(t) + g2x1(t - T2).
Bei einer Einstellung x1(t) = exp(jωt) gilt
y1(t) = g1exp(jωt) + g2exp(jω(t - T2))
= (g1 + g2exp (-jωt2))exp (jωjωt)
Bei einer Einstellung der Amplitude A(0) = g1 + g2exp(- jωT2), gilt
A(ω) = (g1² + g2² + 2g1g2cos(ωT2))1/2.
Bei einer Einstellung einer Abtastperiode mit fs = 44,1 kHz, gilt T2 = 1/fs = 22,7 us.
Fig. 10 ist eine Darstellung, die den Amplitudenfrequenzgang A(ω) zeigt. Eine Frequenz auf der horizontalen Achse, wie in dieser Fig. 10 dargestellt, zeigt einen 0 - fs/2 Bereich eines wiedergegebenen Frequenzbandes. Wenn bei der Kennlinie A(ω) dieser Fig. 10(a) die Vervielfachungskoeffizienten des ersten und zweiten Vervielfachers 302 und 305 mit g1 = 1, g2 = 0 eingestellt sind, zeigen diese Kennlinien keine Tiefpaßfilterung. Wenn sie in dieser Fig. 10(b) mit g1 = 0,9, g2 = 0,1 eingestellt sind, zeigen diese Kennlinien eine Tiefpaßfilterung. Und auch wenn sie in dieser Fig. 10(c) mit g1 = 0,5, g2 = 0,5 eingestellt sind, zeigen diese Kennlinien eine Tiefpaßfilterung. Wenn sie in dieser Fig. 10(d) mit g1 = 0,5, g2 = -0,5 eingestellt sind, zeigen diese Kennlinien eine Hochpaßfilterung.
Wenn dann eine ungefähre Einstellung T1 > > T2 und eine Einstellung des Eingangssignals des ersten Verzögerungsspeichers 301 mit x(t) und seines Ausgangssignals mit y(t) durchgeführt wird, gilt die nächste Gleichung, wobei eine Verminderung des Ausgangssignals bei jedem Rückkoppeln akzeptiert wird.
y(t) = x(t - T1)
+ A(ω) x(t - 2T1)
+ A(ω) ² x(t - 3T1)
+ ...
+ A(ω) n-1 x(t - nT1)
Während sich daher der Nachhallton von dem vorderen Teil des Nachhalls zu dessen hinterem Teil ändert, nehmen die Grade der Amplitude A(ω) zu.
Fig. 11 ist eine Darstellung, die den Amplitudenfrequenzgang A(ω) n zeigt. Bei einer Einstellung von A(ω) , wie in Fig. 11(b) dargestellt, wobei n = 1, geht die Nachhallvorrichtung 30 bei geringen Graden von A(ω) vergleichsweise durch Hochfrequenzkomponenten, aber bei hohen Graden kann sie kaum durch die Hochfrequenzkomponenten gehen.
Fig. 12 ist eine Kennliniendarstellung, die Versuchsdaten der Nachhalleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Kennlinien der Nachhalleinheit, wie in Fig. 12 dargestellt, werden durch Einstellen der Verzögerungszeit T1 des Verzögerungsspeichers 301 mit 40 ms, des Vervielfachungskoeffizienten g1 des Vervielfachers 302 mit 0,8, des Vervielfachungskoeffizienten g2 des Vervielfachers 305 mit 0,1 und der Abtastfrequenz mit 44,1 kHz erhalten.
Wie aus diesen Kennlinien hervorgeht, nimmt bei jeder periodischen Wiederholung einer Verzögerung, das heißt, wenn die Wiederholung zum hinteren Teil des Nachhalls wird, die Abnahme der Hochfrequenz allmählich gemeinsam mit der Pegelverringerung über dem gesamten Frequenzband zur Entfernung von Hochfrequenzkomponenten zu.
Daher bleiben gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer einfachen Konstruktion die Hochfrequenzkomponenten im vorderen Teil des Nachhalls bestehen, so daß die Hochfrequenzkomponenten im hinteren Teil einfach entfernt werden können. Wenn zusätzlich A(ω) wie in Fig. 11(d) dargestellt eingestellt ist, übrigens im Gegensatz zu oben, können Niederfrequenzkomponenten nur des hinteren Teils des Nachhalls einfach entfernt werden.
Fig. 13 ist eine Darstellung, die eine Nachhalleinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In Übereinstimmung mit dem unterschiedlichen Aufbau des zweiten Ausführungsbeispieles in Fig. 8 wird das Ausgangssignal y(t) nicht vom Ausgang des Verzögerungsspeichers 301, sondern vom Ausgang des zweiten Speichers 304 empfangen. Wirkung und Funktionsweise sind dieselben wie im zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 14 ist eine Darstellung, die eine Nachhalleinheit gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In Übereinstimmung mit dem unterschiedlichen Aufbau des zweiten Ausführungsbeispieles in Fig. 8 wird das Ausgangssignal y(t) nicht vom Ausgang des Verzögerungsspeichers 301, sondern vom Eingang des Verzögerungsspeichers 301 empfangen. Wirkung und Funktionsweise sind dieselben wie im zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 15 ist eine Darstellung, die eine Nachhalleinheit gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 15 umfaßt die Nachhallvorrichtung 30 eine Mehrzahl von Nachhallvorrichtungen 400-1, 400-2, ..., 400-n zum Addieren eines mehrfach geteilten Eingangssignals zu Nachhallschall, die erste Verzögerungsspeicher 401-1, 401-2, ..., 401-n, enthalten, die jeweils ein Eingangssignal mit einer bestimmten Abtastperiode empfangen, sowie erste Vervielfacher 402 zum Vervielfachen der Ausgangssignale, welche die ersten Verzögerungsspeicher 401-1, 401-2, ..., 401-n um D1, D2, ..., Dn verzögern, mit vorbestimmten Koeffizienten g1, Addierer 403 für Ausgangssignale der ersten Verzögerungsspeicher und des Eingangssignals; zweite Speicher 404, die jeweils Ausgangssignale der ersten Verzögerungsspeicher empfangen; zweite Vervielfacher 405 zum Vervielfachen von Ausgangssignalen der zweiten Verzögerungsspeicher 404, welche die Ausgangssignale der ersten Verzögerungsspeicher um eine Abtastperiode T2 verzögern, mit vorbestimmten Koeffizienten g2, um die Ausgangssignale bei dem Addierer 403 zu dem Eingangssignal zu addieren; Vervielfacher 406-1, 406- 2, ..., 406-n zum Einstellen von Eingangssignalpegeln der Nachhallvorrichtungen 400-1, 400-2, ..., 400-n und einen Addierer 407 zum Addieren der Ausgangssignale der ersten Verzögerungsspeicher 401-1, 401-2, ..., 401-n.
Jede der Nachhallvorrichtungen 400-1, 400-2, ..., 400-n, welche Elemente gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 9 enthält, kann jeweils durch die Elemente gemäß dem dritten oder dem vierten Ausführungsbeispiel von Fig. 13 und 14 ersetzt werden.
Wenn gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel die Nachhalltöne an einer beliebigen Zuhörerposition in einem Konzertsaal künstlich in einem Raum oder Fahrzeug geschaffen werden, wird insbesondere die Entfernung von Hochfrequenzkomponenten im hinteren Teil des Nachhalls leicht durchgeführt.
Zusätzlich können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vervielfachungskoeffizienten g1 und g2 des ersten und zweiten Vervielfachers in jeder der Nachhallvorrichtungen 400-1, 400-2, ..., 400-n jeweils unterschiedlich sein.
Fig. 16 ist eine Darstellung, die ein Koeffizienteneinstellverfahren einer Nachhalleinheit gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 16 umfaßt die Nachhallvorrichtung 30 vier Stufen parallel verbundener Kammfilter 500-1, 500-2, 500-3, 500-4, die jeweils erste Verzögerungsspeicher 501-1, 501-2, 501-3, 501-4, erste Vervielfacher 502-11, 502-21, 502-31, 502-41, die an entsprechende der ersten Verzögerungsspeicher angeschlossen sind, Addierer 503-1, 503-2, 503-3, 503-4 zum Addieren entsprechender Ausgangssignale der ersten Vervielfacher und eines Eingangssignals, zweite Verzögerungsspeicher 504-1, 504-2, 504-3, 504-4, die an entsprechende Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher angeschlossen sind, zweite Vervielfacher 502-12, 502-22, 502-32, 502-42, die jeweils zwischen den zweiten Verzögerungsspeichern 504-1, 504-2, 504-3, 504-4 und den Addierern 503-1, 503-2, 503-3, 503-4 angeschlossen sind, einen Addierer 520 zum Addieren der Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher, und eine Steuerung zum Einstellen der Verzögerungszeiten D1, D2, D3, D4 der ersten Verzögerungsspeicher und der Vervielfachungskoeffizienten g11, g12, g22, g31, g32, g41, g42 der ersten und zweiten Vervielfacher. Die obengenannte Nachhallvorrichtung 30 mit Kammfiltern in vier Stufen ist ein Beispiel für eine vereinfachte Erklärung. Dieses vorliegende Ausführungsbeispiel soll Nachhallschall an der beliebigen Zuhörerposition in einem Konzertsaal auf dieselbe Weise schaffen wie das erste Ausführungsbeispiel. Wenn insbesondere in den vierstufigen Kammfiltern des vorliegenden Ausführungsbeispieles, mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 10, in Fig. 10(a), (b), (c) die Rate von Vervielfachungskoeffizienten g1 und g2 geändert wird, da die Amplitude im Hochfrequenzbereich nahe fs/2 unterschiedlich ist, ist die Rate der ersten und der zweiten Vervielfachungskoeffizienten unterschiedlich, und jede Frequenzkennlinie wird unregelmäßig. Da auch die Verzögerungszeit jedes ersten Verzögerungsspeichers in jedem Kammfilter unterschiedlich ist, um den Nachhall an der Zuhörerposition zu schaffen, und somit eine Nachhallzeit, die zu -60 dB führt, unterschiedlich ist, gibt in dem hinteren Teil des Nachhalls nur ein Teil der Kammfilter Töne wie "ziriziri, ctirictiri" wieder. Um eine Wiedergabe solcher Töne zu vermeiden, hält im allgemeinen die Steuerung 530 solche Koeffizienten in dem folgenden Verhältnis aufrecht.
Daher tritt bei einer Einstellung der Koeffizienten mit g11/g12 = g21/g22 = g31/32 = g41/g42 eine Hochfrequenzverminderung auf und ist in jeder periodischen Zeit bei jeder Stufe der Kammfilter 500-1, 500-2, 500-3, 500-4 konstant.
Des weiteren ist bei einer Einstellung der Koeffizienten in dem folgenden Verhältnis
gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev, (n = 1, 2, 3, 4)
Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;(g11 - g12)
die Nachhallzeit (Zeit, bis die Nachhallschall- Hüllenkurve auf -60 dB gesenkt ist) konstant. Die obengenannten Koeffizienten werden in den Elementen jedes Kammfilters von der Steuerung 30 eingestellt, so daß das obengenannte Verhältnis erfüllt ist. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel zur Einstellung der Koeffizienten bei der Nachhallvorrichtung von Fig. 16.
Wie in der vorangehenden Tabelle dargestellt ist, erhält man bei einer Einstellung der Verzögerungszeiten mit D1 = 40 ms, D2 = 35 ms, D3 = 30 ms, D4 = 25 ms, der Koeffizienten mit g11 + g12 = 0,85, g11/g12 = 9 (g11 = 0,756, g12 = 0,085) in der obengenannten Gleichung
g11/g12 = g21/g22 = g31/g32 = g41/g42 = 9
Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;(g11 + g12)
= -3 · 40/log&sub1;&sub0; 0,85
= 1700 ms
g21 + g22 = 10-3D2/1700 = 0,867
g31 + g32 = 10-3D3/1700 = 0,885
g41 + g42 = 10-3D4/1700 = 0,903
und
g21 = 0,780, g22 = 0,885, g31 = 0,903,
g32 = 0,088, g41 = 0,813, g42 = 0,090.
Fig. 17-20 sind Darstellungen, welche die Frequenzkennlinien von Kammfiltern 500-1, 500-2, 500-3, 500-4 zeigen. Die Frequenzkennlinien werden unter Verwendung der obengenannten Einstellkoeffizienten erhalten. In bezug auf Fig. 17 wird die Funktionsweise des Kammfilters in der Folge erklärt. Fünf von oben nach unten gekrümmte Linien in Fig. 17 sind Frequenzkennlinien nach dem Verstreichen von 240 ms, 480 ms, 720 ms, 960 ms bzw. 1,2 s (1200 ms) seit der Eingabe eines Signals, mit 12 Perioden (480 ms = 40 ms · 12), 18 Perioden (720 ms = 40 ms · 18), 24 Perioden (960 ms = 40 ms · 24) bzw. 30 Perioden (1200 ms = 40 ms · 30.).
Bei einem Vergleich der Frequenzkennlinien der Kammfilter 500-1, 500-2, 500-3, 500-4 in Fig. 18-21, bewirkt jeder Kammfilter um 10 kHz, wo Hochfrequenzsignale deutlich vermindert werden, daß die Rate der starken Verringerung gemeinsam mit der verstrichenen Zeit konstant wird. Daher verhindert ein besonderer Kammfilter eine starke und rasche Abnahme im Vergleich zu den anderen. Ebenso ist die Amplitude jedes Kammfilters in einem 40 - 5 Hz bis 2 kHz linearen Bereich nach dem Verstreichen von 1200 ms seit dem Eingang eines Signals bereits bei -42 dB konstant.
Kammfilter in vier Stufen können im allgemeinen leicht die Kammfilter der n-ten Stufe erweitern.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Entfernung von Hochfrequenzkomponenten jedes Kammfilters gemäß der Erfindung gleichzeitig ausgeführt, und die Nachhallzeit wird dabei gleich, so daß ein Koeffizienteneinstellverfahren leichter ist, um die Nachhallschallqualität zu verbessern und natürlichen Tönen anzunähern.
Ferner wird ein weiteres Verfahren in der Folge besprochen, um die Nachhallzeit jedes Kammfilters gleich sein zu lassen und eine geringe Nachhalldichte im hinteren Teil des Nachhalls zu vermeiden, da der Nachhallschall, der von jedem Kammfilter wiedergegeben werden, aufgrund der verschiedenen Verzögerungszeiten der ersten Verzögerungsspeicher verschieden oft periodisch durch den Kammfilter in derselben Zeit zirkuliert werden.
Fig. 21 ist eine Darstellung, welche die Nachhallschallwiedergabe eines Kammfilters von Fig. 15 zeigt. Zunächst wird die Verzögerungszeit T hinsichtlich der Verzögerungszeit Dn der ersten Verzögerungsspeicher wegen des Verhältnisses D1 > > T vernachlässigt. Zum Beispiel wird ein Signalpegel, der dem Kammfilter 401-1 eingegeben wird, zirkuliert und auf (g11-g12)m nach dem Verstreichen von D1 gesenkt (m-fache Drehungen: konstant), da g11 + g12 < 1. Das heißt, bei einer Einstellzeit bis zur Senkung auf -60 dB als Rev, gilt 20log(g11 + g12)m = -60, Rev = mD1, g12 + g12 = 10- 3D1/Rev. In derselben Weise wie zuvor ist das Verhältnis gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev gleich mD1 = nDn = Rev (n: Drehungsanzahl des Kammfilters 400-n).
Wenn jedoch jede Nachhallzeit in jedem Kammfilter gleich ist, aber die Hochfrequenzkomponenten- Entfernungseigenschaften unterschiedlich sind, gibt ein nachträglicher Tonwiedergabeteil, der in der Figur nicht dargestellt ist, Töne wie "ziriziri, chirichiri" wieder, da das Problem entsteht, daß in einem Kammfilter die Hochfrequenzkomponenten entfernt wurden, aber in den anderen noch nicht entfernt sind.
Daher müssen die Hochfrequenzkomponenten- Entfernungseigenschaften gleich sein. Somit wird der erste Amplitudenfrequenzgang A(ω)1 m in der Folge abgeleitet.
Hier wird g11 transformiert zu
g11 = 10-3D1/Rev/(g12/g11 + 1)
= 10-3D1/Rev/(K1 + 1)
k1 = g12/g11
Bei Einstellung der Amplitude des Kammfilters 400-1 nach dem Verstreichen von mD1 mit A(ω)1 m, gilt
A(ω)1 m
= (g11² +(K1² + 2K1cosωT + 1))m/2
= g11m(K1² + 2K1cosωT + 1))m/2
= (10-3D1/Rev/(K1 + 1))m(K1² +2K1cosωT + 1)m/2.
Wenn daher jeder Koeffizient des Kammfilters 400-1 mD1 = pDn = Rev ist, wird A(ω)1 m = A(ω)n p eingestellt, um das Verhältnis zu den anderen Kammfiltern zu berücksichtigen, wobei A(ω)n p die Amplitude des Kammfilters 400-n (n = 2, 3, ...) angibt. Damit die Hochfrequenzkomponenten-Entfernungseigenschaften in jedem Kammfilter gleich werden, wird das Verhältnis von gn1 und gn2 in der Folge mit A(ω)1 m = A(ω)n p abgeleitet.
(10-3D1/Rev/(K1 + 1))m (K1² + 2 K1cosωT + 1)m/2
= (10-3D1/Rev/(Kn 1))p (Kn² + 2KncosωT + 1)n/2,
wobei kn = gn2/gn1
Des weiteren wird die folgende Transformation ausgeführt.
10&supmin;³(K1² + 2K1cosωT + 1)1/2/(K1 + 1))Rev/D1
= 10&supmin;³(Kn² + 2KncosωT + 1)1/2/(Kn + 1))Rev/Dn
Da hier die Konstruktion mit dem Verhältnis Dn = D1/2(n- 1)/Dan (Dan: parallele Stufenanzahl der Kammfilter) durchgeführt wird, wird des weiteren die folgende Transformation unter Verwendung dieses Verhältnisses durchgeführt.
((K1² + 2K1cosωT + 1)1/2/(K1 + 1))c1
= ((Kn² + 2KncosωT + 1)1/2/(Kn + 1)), wobei C1 = 2(1-n)/Dan
Die Einstellung
((K1² + 2K1cosωT + 1)1/2/(K1 + 1))c1 = c
ergibt
((Kn² + 2KncosωT + 1)1/2(Kn+ 1)) = c
Eine weitere Anordnung der obigen Gleichung ergibt
Kn² + 2KncosωT + 1
= c²/Kn² + 2Kn + 1), so daß
(1 - c²)Kn² + 2(cosωT - c²)Kn + (1 - c²) = 0.
Die Lösung der obigen Gleichung ergibt
Kn
= (-2(cosωT - c²) ± (4(cosωT - c²)²) -4(1 - c²))1/2)/2(1 - c²)
= (cosωT - c²) ± ((cosωT + 1 - c²)(cosωT - 1))1/2)/(1 - c²).
Da für Kn 0 ≤ Kn ≤ 1 gilt, ergibt sich
Kn = gn1/gn2
= ((c² - cosωT) - ((cosωT + 1 - 2c²)(cosωT - 1))1/2)/(1 - c²).
Tabelle 1 zeigt ein Beispiel von Vervielfachungskoeffizienten von achtstufigen Kammfiltern. Tabelle 1
In dieser Tabelle 1 ist die Verzögerungszeit D1 des Kammfilters 400-1 mit D1 = 80 ms eingestellt, während die anderen Verzögerungszeiten von der Gleichung Dn = D1/2(n- 1)/Dan = 80 · 2(n-1)/8 ms abgeleitet sind. Des weiteren wird durch die Einstellung der Nachhallzeit Rev mit Rev = 45, T = 1/fs = 1/22,05 kHz und gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev = 10- 3Dn/4, Kn = gn1/gn2 abgeleitet, und gn1 und gn2 werden entsprechend abgeleitet. Zusätzlich wird ω zum Zentrieren der gewünschten Frequenz 4 kHz eingestellt.
Fig. 22 ist eine Darstellung, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und Fig. 23 ist eine Darstellung, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-8 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 22 und Fig. 23 ist die Anzahl der Rückkopplungen oder Zirkulationen so eingestellt, daß die verstrichene Zeit seit der Eingabe in die Kammfilter in beiden Frequenzen des Kammfilters 400-1 und 400-8 gleich ist, um die erwartete Zielsetzung zu erreichen.
Fig. 24 ist eine Darstellung, welche die Frequenzkennlinien eines Kammfilters 400-8 zeigt, wenn die Nachhallzeit jedes Kammfilters gleich ist, aber die Entfernungseigenschaften von Hochfrequenzen nicht gleich sind. Wenn, mit Bezugnahme auf Fig. 24, das Koeffizienteneinstellverfahren gemäß der Erfindung nicht angewendet wird, entsteht der Unterschied zwischen dem Kammfilter 400-8 und dem Kammfilter, wie in Fig. 23 dargestellt, so daß die Wirkung dieser vorliegenden Erfindung eindeutig wird.
Wie zuvor gemäß dieser Erfindung erklärt wurde, werden in einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter die Nachhallzeiten und Entfernungseigenschaften von Hochfrequenzen gleich gemacht, so daß die Nachhallschallqualität verbessert werden kann.

Claims

1. Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt

der zuverlässigen Einstellung von Vervielfachungskoeffizienten von Vervielfachern (12- 1, ..., 12-n), die mit den Kammfiltern bereitgestellt sind, als gn = 10-3Dn/Rev, Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;g1, wobei Dn eine Verzögerungszeit der n-ten Verzögerungsvorrichtung (D1, .., Dn) ist, die bei jedem Kammfilter bereitgestellt ist, und gn ein Vervielfachungskoeffizient von Vervielfachern (12- 1, ..., 12-n) jedes Kammfilters ist.

2. Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter (10-1, ..., 10-n), enthaltend erste Verzögerungspeicher (13-1, ..., 13- n), die jeweils ein Eingangssignal Vi mit einer vorbestimmten Abtastperiode empfangen, Vervielfacher (14-1, ..., 14-n), die an Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher (13-1, ..., 13-n) angeschlossen sind, zweite Verzögerungsspeicher (15-1, ..., 15-n), die an Ausgänge der ersten Verzögerungsspeicher (13- 1, ..., 13-n) angeschlossen sind, zweite Vervielfacher (16-1, ..., 16-n), die an Ausgänge der zweiten Verzögerungsspeicher (15-1, ..., 15-n) angeschlossen sind, Addierer (17-1, ..., 17-n) zum Addieren der Ausgänge der ersten Vervielfacher und der zweiten Vervielfacher und des Eingangssignals Vi mit der vorbestimmten Abtastperiode, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt des Einstellens von Verzögerungszeiten der ersten Verzögerungsspeicher (13-1, ..., 13-n), die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit D1, D2, ..., Dn,

des Einstellens von Vervielfachungskoeffizienten der ersten Vervielfacher (14-1, ..., 14-n), die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit g11, g21, ..., gn1,

des Einstellens der Vervielfachungskoeffizienten der zweiten Vervielfacher (16-1, ..., 16-n), die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit g12, g22, .., gn2, und

des Aufrechterhaltens eines Verhältnisses zu den Koeffizienten und Verzögerungszeiten, wobei

gn1 + gn2 = 10-3Dn/Rev, (n = 1, 2, ..., n)

Rev = -3D1/log&sub1;&sub0;(g11 + g12), und

g11/g12 = g21/g22 = ... = gn1/gn2

3. Koeffizienteneinstellverfahren einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter (10-1, ..., 10-n) nach Anspruch 2, umfassend den Schritt

des Einstellen der Verzögerungszeiten der zweiten Verzögerungsspeicher (15-1, .., 15-n), die bei jedem Kammfilter bereitgestellt sind, mit T, und

des Aufrechterhaltens des Verhältnisses zu den Koeffizienten und Verzögerungszeiten, wobei

gn1/gn2 =

((c²-cosωT) - ((cosωT + 1 - 2c²)(cosωT - 1))1/2)/(1-c²),

Rev = pDn = mD1, (n = 1, 2 ..., n, p, m : konstant), und

c = (((g12/g11)² + 2((g12/g11)cosωT + 1)1/2)/(g12/g11 + 1))c1

c1 = 2(1-n/Dan), (Dan: Stufenanzahl der Kammfilter).

4. Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter (10-1, ..., 10-n), deren Koeffizienten durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche eingestellt wurden.

5. Nachhalleinheit mit einer Mehrzahl parallel verbundener Kammfilter (10-1, ..., 10-n) nach Anspruch 4.