DE69526008T2

DE69526008T2 - Schallbildverbesserungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69526008T2
Application number: DE69526008T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Jyosako
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2015-06-07
Also published as: US5657391A; JPH08116597A; JP3276528B2; EP0699012B1; DE69526008D1; EP0699012A3; EP0699012A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Schallbildverbesserungsvorrichtung, die zur Verwendung in akustischen Geräten und Videogeräten zum Ausführen einer stereophonen Schallwiedergabe geeignet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wenn bei einem herkömmlichen akustischen Gerät zum Ausführen stereophonischer Schallwiedergabe ein linker und ein rechter Lautsprecher ohne ausreichenden gegenseitigen Raum angeordnet werden, kann Schall nicht räumlich wahrgenommen werden. Um räumlichen Schall zu erzeugen, wird aus den Tonsignalen L und R für den linken und rechten Kanal ein Differenzsignal (L-R) entnommen. Dann wird zum Tonsignal L des linken Kanals ein Signal hinzugefügt, dessen Pegel und Phase gesteuert werden, während ein Signal mit entgegengesetzter Phase zu demjenigen mit dem kontrollierten Pegel und der kontrollierten Phase zum Tonsignal R für den rechten Kanal hinzugefügt wird.
Zum Beispiel verfügt eine Schallbildverbesserungsvorrichtung 1' über den in der Fig. 23 dargestellten Aufbau. Bei diesem Aufbau werden das Tonsignal L für den linken Kanal und das Tonsignal R für den rechten Kanal an Eingangsanschlüssen 2L bzw. 2R für den linken bzw. rechten Kanal eingegeben. Das Tonsignal L für den linken Kanal wird an einen Addierer 6L geliefert, während das Signal mit entgegengesetzter Phase in Bezug auf das Tonsignal L für den linken Kanal an einen Addierer 3 ausgegeben wird. In ähnlicher Weise wird das Tonsignal R für den rechten Kanal an den Addierer 3 und einen Addierer 6R ausgegeben.
Im Addierer 3 wird, nachdem auf Grundlage der eingegebenen Tonsignale L und R für den linken und den rechten Kanal ein Differenzsignal (L - R) erzeugt wurde, der Pegel des Differenzsignal (L - R) durch eine Schwächungseinrichtung 4 mit einem Schwächungskoeffizienten A um einen vorbestimmten Wert geschwächt. Dann wird ein Signal [(L - R)·A] an einen Phasenschieber 5 geliefert.
Im Phasenschieber 5 wird die Phase des eingegebenen Signals um Φ verschoben, und an den Addierer 6L wird ein Signal -[(L - R)·A].Φ (wobei eine Phase repräsentiert) geliefert. Dabei wird ein Signal [(L - R)·A] Φ mit entgegengesetzter Phase in Bezug auf das eingegebene Signal [(L - R)·A] Φ an den Addierer 6R geliefert. Im Addierer 6L werden das Ausgangssignal des Phasenschiebers 5 und das Tonsignal L für den linken Kanal addiert, und ein Signal [L + ((L - R)·A) Φ] als Wiedergabeschall am Ausgangsanschluss 7L ausgegeben. In ähnlicher Weise werden im Addierer 6R ein Signal mit entgegengesetzter Phase in Bezug auf das Ausgangssignal des Phasenschiebers 5 und das Tonsignal R für den rechten Kanal R addiert, und das sich ergebende Signal [R - ((L - R)·A) Φ] wird als Wiedergabeschall an einem Ausgangsanschluss 7R ausgegeben.
Um die Erläuterung zu vereinfachen, sei angenommen, dass das Tonsignal R für den rechten Kanal null ist. Dann wird als Wiedergabesignal am Ausgangsanschluss 7L ein Signal [L(1 + A Φ)] ausgegeben, während am Ausgangsanschluss 7R als Wiedergabetonsignal ein Signal (-LA Φ) ausgegeben wird. Dies wird durch ein in der Fig. 24 dargestelltes Vektordiagramm erläutert. Der Zweckdienlichkeit halber sind die Vektoren der Wiedergabe-Tonausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen 7L und 7R in der Fig. 24 als 7L bzw. 7R gekennzeichnet.
Wenn die Vektoren 7L und 7R kombiniert werden, wird ein virtueller Lautsprecher 10L' auf einer Linie positioniert, die die Lautsprecher 10L und 10R entlang der Richtung des zusammengesetzten Vektors verbindet, wie es in der Fig. 24 dargestellt ist.
In ähnlicher Weise wird hinsichtlich des Tonsignals für den rechten Kanal, wenn angenommen wird, dass das Tonsignal L für den linken Kanal null ist, wenn die Vektoren 7L und 7R kombiniert werden, ein virtueller Lautsprecher 10R' auf einer Linie positioniert, die die Lautsprecher 10L und 10R entlang der Richtung des zusammengesetzten Vektors verbindet.
Eine derartige Positionierung der virtuellen Lautsprecher 10L' und 10R' wird dadurch erzielt, dass die Dämpfungseinrichtung 4 und der Phasenschieber 5 eingestellt werden.
Wie oben beschrieben, führt die Schallbildverbesserungsvorrichtung 1' eine analoge Verarbeitung unter Verwendung einer analogen Schaltung aus. Jedoch ist es auch möglich, ähnliche Ergebnisse durch Ausführen einer digitalen Verarbeitung unter Verwendung eines DSP (digitaler Signalprozessor) zu erzielen.
Eine virtuelle Schallquelle wird auf Grundlage einer Übertragungsfunktion erzeugt. In diesem Fall ist die Übertragungsfunktion durch die Ordnung eines FIR(Finite Impulse Response)-Filters, mit Verarbeitung durch den DSP, gegeben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 25 erörtert die folgende Beschreibung die Verbesserung des Schallbilds auf Grundlage einer Übertragungsfunktion.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 25 erläutert, wie der virtuelle Lautsprecher 10L' unter Verwendung der zwei Lautsprecher 10L und 10R realisiert wird. Die Erläuterung erfolgt dadurch, dass die Schallquellen in den Kanälen L und R als SL bzw. SR bezeichnet werden, die Übertragungsfunktion, wenn Schall von den Lautsprechern 10L und 10R in jedes Ohr eines Hörers gelangt, als HAL, HAR, HBL und HBR bezeichnet werden und die Übertragungsfunktion, wenn Schall vom virtuellen Lautsprecher 10L' in das linke Ohr des Hörers gelangt, als HR und HL bezeichnet werden. Außerdem sei angenommen, dass nur die Schallquelle SL für den Kanal L als Schaltsignal vorhanden ist (SR = 0), in die Lautsprecher 10L und 10R eingegebene Signale L bzw. R sind, der Schalldruckpegel, wenn Schall von den Lautsprechern 10L und 10R in das linke Ohr gelangt, EL ist und der Schalldruckpegel, wenn der Schall in das rechte Ohr gelangt, ER ist, gelten die folgenden Gleichungen:
EL = L·HAL + R·HBL (1)
ER = L·HAR + R·HBR (2)
Darüber hinaus ist der Schalldruck wie folgt gegeben, wenn angenommen wird, dass der Schalldruckpegel EL' ist, wenn Schall vom virtuellen Lautsprecher 10L' in das linke Ohr gelangt, und der Schalldruckpegel ER' ist, wenn der Schall in das rechte Ohr gelangt:
EL' = SL·HL (3)
ER' = SL·HR (4)
In diesem Fall ist es zum Erzielen eines virtuellen Lautsprechers auf Grundlage des Schalls von den Lautsprechern 10L und 10R erforderlich, an den Positionen der Ohren des Hörers die folgenden Gleichungen zu erfüllen:
EL' = EL und ER' = ER
Als Nächstes wird, wenn der Hörer von den Lautsprechern 10L und 10R gleich weit entfernt ist, die Übertragungsfunktion von den Lautsprechern 10L und 10R in Bezug auf die Position des Hörers zwischen links und rechts symmetrisch. Da die Gleichungen HAL = HBR und HAR = HBL gelten, sind die in die Lautsprecher 10L und 10R eingegebenen Signale L und R wie folgt gegeben:
R = SL·(HL·HAR - HR·HAL)/(HAR·HAR - HAL·HAL) (5)
L = SL·(HL·HAL - HR·HAR)/(HAR·HAR - HAL·HAL) (6)
Wenn Folgendes angenommen wird:
H0 = (HL·HAR - HR·HAL)/(HAR·HAR - HAL·HAL)
H1 = (HL·HAL - HR·HAR)/(HAR·HAR - HAL·HAL)
werden die obigen Gleichungen (5) und (6) wie folgt umgeschrieben:
R = SL·H0 (7)
L = SL·H1 (8)
Durch Ausgeben der durch die oben genannten Übertragungsfunktionen repräsentierten Signale L und R aus den Lautsprechern 10L und 10R wird der virtuelle Lautsprecher 10L' realisiert.
Die Übertragungsfunktionen sind tatsächlich dadurch gegeben, dass die Ordnung des FIR-Filters (die Anzahl der Stufen in diesem) unter Verwendung z. B. einer Fensterfunktion in Bezug auf die Messergebnisse an den Positionen der Lautsprecher 10L und 10R und der Position des virtuellen Lautsprechers 10L' erhalten wird. Die Ordnung des FIR-Filters wird im Allgemeinen wie folgt erhalten. Es sei angenommen, dass die Ordnung N ist, die Abtastfrequenz fs ist, das Dämpfungsband Δf ist und der Koeffizient D ist (wobei D zwischen 0,9 und 1,3 liegt):
N = [[(fs/Δf)·D + 1]]
wobei [[x]] der minimale ungeradzahlige, ganzzahlige Wert größer als x ist.
Wenn z. B. fx = 48 kHz, Δf = 200 Hz und D = 1 gelten, erhält die Ordnung N den Wert 243. Jedoch ist im Allgemeinen, da eine Fensterfunktion verwendet wird, die Ordnung kleiner, und die Ordnung des FIR-Filters wird bei 128 Schritten ausreichend genutzt. Hinsichtlich der Faltungsoperation des FIR- Filters ist, da die Operation für jeden Kanal zweimal ausgeführt wird, eine Operation erforderlich, die insgesamt mehr als 128 · 2 = 256 Schritte enthält. Durch Ändern des Koeffizienten der Faltungsoperation des FIR-Filters wird der virtuelle Lautsprecher an einer gewünschten Position platziert. Die Struktur gemäß der obigen Erläuterung ist in der Fig. 26 dargestellt. Ein FIR-Filter 35L entspricht der Gleichung (7), und ein FIR-Filter 36L entspricht der Gleichung (8). FIR-Filter 35R und 36R entsprechen dem Fall, dass nur das Tonsignal R für den rechten Kanal R als Tonsignal vorhanden ist (SL = 0), und eine detaillierte Erläuterung dazu wird hier weggelassen.
Bei einer herkömmlichen Technik werden, um die Wahrnehmung eines Schallfelds bei einer Lifeaufführung zu simulieren (um eine Schallfeldsimulation einer Konzerthalle, eines Nachtclubs oder eines Stadiums zu erhalten), Nachhallsignale auf Grundlage eingegebener Schallsignale unter Verwendung einer Verzögerungsschaltung erzeugt und zu den eingegebenen Schallsignalen hinzugefügt und dann durch zwei Frontlautsprecher reproduziert. Um die Wahrnehmung einer Lifeaufführung getreuer zu simulieren, können im Hintergrund zwei Hintergrundlautsprecher zusätzlich zu den zwei Frontlautsprechern vorhanden sein, so dass die Nachhallsignale durch die Hintergrundlautsprecher reproduziert werden.
Jedoch werden bei dieser herkömmlichen Technik unter Verwendung eines Phasenschiebers die Schallquellen nur auf einer Linie verteilt, die den linken und den rechten Lautsprecher verbindet. Da ein Schallbild nicht auf die Rückseite des Hörers erstreckt werden kann, gelingt es der herkömmlichen Technik nicht, die Wahrnehmung einer Lifeaufführung zu simulieren.
Darüber hinaus erfährt hochfrequenter Schall eine Verteilung, und so zeigen die sich ergebenden Töne eine eher monaurale Schallqualität. Daher ist es bei der herkömmlichen Technik erforderlich, hinter dem Hörer zusätzliche Lautsprecher anzubringen, um die Wahrnehmung einer Lifeaufführung getreuer zu simulieren.
Ferner werden, wenn eine Digitalverarbeitung unter Verwendung eines DSP ausgeführt wird, virtuelle Lautsprecher an gewünschten Positionen positioniert, in dem die sich ergebenden Ausgangssignale des FIR-Filters reproduziert werden. Das heißt, es ist möglich, die virtuellen Lautsprecher hinter dem Hörer anzubringen und die Wahrnehmung einer Lifeaufführung zufriedenstellend zu simulieren. Jedoch ist es, wie oben beschrieben, zum Ausführen einer Operation mit 256 Schritten für jeden Kanal durch den DSP erforderlich, mehrere DSPs mit extrem hoher Geschwindigkeit zu verwenden. Da jedoch ein DSP mit extrem hoher Geschwindigkeit ziemlich teuer ist, sind die Kosten der Vorrichtung insgesamt sehr hoch.
Außerdem kann mit der herkömmlichen Technik in Zusammenhang mit dem Simulieren der Wahrnehmung einer Lifeaufführung eine zufriedenstellende Wahrnehmung einer Lifeaufführung nur schwer simuliert werden, obwohl der Effekt von Nachhalltönen dadurch erzeugt wird, dass nur zwei Lautsprecher auf der Vorderseite angebracht werden. Wenn vier Lautsprecher vorne und hinten installiert werden, ist es erforderlich, die Installationspositionen der hinteren Lautsprecher genau zu bestimmen. Außerdem wird die Struktur der Vorrichtung kompliziert, da die zwei hinteren Lautsprecher zusätzlich vorhanden sind. Demgemäß fanden derartigen Vorrichtungen in normalen Haushalten keine weitere Verbreitung.
US-A-4,218,585 beschreibt ein Schallwiedergabesystem, bei dem ein rechtes und ein linkes Signal durch einen rechten bzw. einen linken Entzerrer entzerrt werden und gleichzeitig durch einen rechten und einen linken Dämpfungsschalter gedämpft werden. Die gedämpften Signale für rechts und links werden jeweils invertiert und durch mehrere Tiefpassfilter und Verzögerungsschaltungen auf mehrere Frequenzentzerrer und Verzögerungskanäle aufgeteilt. Danach werden diese Kanäle jeweils durch einen summierenden Knoten mit dem durch den Entzerrer verarbeiteten Signal für den anderen Kanal kombiniert und danach verstärkt und an den rechten bzw. linken Lautsprecher geliefert. Aus der obigen Erläuterung ist es deutlich, dass das bekannte Schallwiedergabesystem hinsichtlich der vorliegenden Schallbildverbesserungsvorrichtung über Strukturunterschiede verfügt, die zu verschiedenen Effekten führen, da nämlich durch das bekannte Schallwiedergabesystem das aus dem rechten Lautsprecher gelangende Hauptschallmuster zumindest teilweise am Ort des linken Ohrs des Hörers aufgehoben wird und das vom linken Lautsprecher herrührende Schallmuster zumindest teilweise am Ort des rechten Ohrs und des Hörers aufgehoben wird.
WO912067A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen unkorrelierter Audioausgangssignale, wobei die Vorrichtung durch Phasenverschiebung verschiedener Frequenzbänder eines Eingangssignals um verschiedene Werte abhängig von einer gewünschten Kreuzkorrelation arbeitet. Die Charakteristik, auf der die Verarbeitung durch die Verarbeitungseinrichtung basiert, wird dadurch erzielt, dass die Eigenschaften einer Schallquelle und des menschlichen Ohrs gemessen werden und die Übertragungsfunktion berechnet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine billige Schallbildverbesserungsvorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, ein Schallbild bis zur Rückseite eines Hörers zu erstrecken und die Wahrnehmung einer Lifeaufführung zu simulieren.
Um die obige Aufgabe zu lösen, beruht eine erfindungsgemäße Schallbildverbesserungsvorrichtung auf einer Schallbildverbesserungsvorrichtung zum Reproduzieren von Stereosignalen in zwei Kanälen durch Lautsprecher, wobei sie für jeden Kanal die folgenden Einrichtungen aufweist.
Genauer gesagt, weist jeder Kanal der ersten Schallbildverbesserungsvorrichtung Folgendes auf: eine Zusatzsignal-Erzeugungseinrichtung zum Subtrahieren, von einem Stereoeingangssignal in einem der zwei Kanäle, eines Stereoeingangssignals im anderen Kanal, das mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten gedämpft wurde, und zum Ausgeben des sich ergebenden Signals als zusätzliches Signal; eine erste Phasenschiebeeinrichtung zum Dämpfen des zusätzlichen Signals um einen zweiten Dämpfungskoeffizient und zum Einführen einer vorbestimmten Phasenschiebung in das gedämpfte Signal; eine zweite Phasenschiebeeinrichtung zum Dämpfen des zusätzlichen Signals mit einem dritten Dämpfungskoeffizienten, zum Korrigieren der Frequenzcharakteristik desselben und zum Einführen einer vorbestimmten Phasenverschiebung in das sich ergebende Signal; eine erste Summiereinrichtung zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals der ersten Phasenschiebeeinrichtung und zum Addieren des invertierten Ausgangssignals zum Stereoeingangssignal im anderen Kanal; und eine zweite Summiereinrichtung zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals der zweiten Phasenschiebeeinrichtung, zum Addieren des invertierten Ausgangssignals zum Ausgangssignal der ersten Summiereinrichtung und zum Liefern der sich ergebenden Summe an den Lautsprecher im anderen Kanal.
Bei dieser Struktur wird ein Stereosignal jedes Kanals durch die Lautsprecher unabhängig wie folgt produziert.
Es wird nämlich ein durch die Zusatzsignal-Erzeugungseinrichtung erzeugtes Zusatzsignal mit dem zweiten Schächungskoeffizienten geschwächt und dann durch die erste Phasenschiebeeinrichtung um einen vorbestimmten Wert phasenverschoben. Gleichzeitig wird das Zusatzsignal mit dem dritten Schwächungskoeffizienten geschwächt, es erfährt eine Korrektur der Frequenzcharakteristik, und dann wird es durch die zweite Phasenschiebeeinrichtung um einen vorbestimmten Wert phasenverschoben.
Die Phase des Ausgangssignals der ersten Phasenschiebeeinrichtung wird invertiert, und das invertierte Signal wird an die erste Summiereinrichtung geliefert. Die erste Summiereinrichtung addiert das invertierte Ausgangssignal und das Stereo-Eingangssignal des anderen Kanals. Andererseits wird die Phase des Ausgangssignals der zweiten Phasenschiebeeinrichtung invertiert, und das invertierte Ausgangssignal wird an die zweite Summiereinrichtung geliefert. Die zweite Summiereinrichtung addiert das invertierte Ausgangssignal und das Ausgangssignal der ersten Summiereinrichtung.
Die oben erörterte Verarbeitung wird auch für den anderen Kanal ausgeführt. Demgemäß werden durch die oben genannte Struktur virtuelle Lautsprecher hinter einem Hörer dadurch genau orientiert, dass die Werte der Phasenverschiebungen der ersten und der zweiten Phasenschiebeeinrichtung und auch die jeweiligen Dämpfungskoeffizienten eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Entwicklung weist die erste Phasenschiebeeinrichtung Folgendes auf: mehreren Bandpasseinrichtungen für vorbestimmte Frequenzbänder zum Durchlassen nur von Eingangssignalen innerhalb der vorbestimmten Frequenzbänder; Verzögerungseinrichtungen zum Einführen einer vorbestimmten Phasenverzögerung in das Ausgangssignal jeder der Bandpasseinrichtungen; und eine vierte Summiereinrichtung zum Aufaddieren der Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtungen; wobei die zweite Phasenschiebeeinrichtung ein digitales Tiefpassfilter vom IIR-Typ aufweist.
Bei dieser Struktur werden Signale, die die jeweilige Bandpasseinrichtung durchlaufen haben, in der ersten Phasenschiebeeinrichtung durch die Verzögerungseinrichtung um vorbestimmte Werte phasenverschoben und an die vierte Summiereinrichtung geliefert. In dieser vierten Summiereinrichtung werden die Ausgangssignale aller Verzögerungseinrichtungen aufaddiert. Darüber hinaus besteht die zweite Phasenschiebeeinrichtung aus einem digitalen Tiefpassfilter vom IIR-Typ. Daher ist es möglich, mit vereinfachter Struktur für eine Erweiterung eines Schallbilds zu sorgen. Außerdem ist es möglich, die die Anzahl der Prozessschritte verringert ist, virtuelle Lautsprecher mittels eines billigen DSP und ohne Verwendung eines DSP hoher Geschwindigkeit hinter dem Hörer auszurichten.
Für ein vollständigeres Verständis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur wesentlicher Abschnitte einer erfindungsgemäßen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer erfindungsgemäßen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung zwischen Hörern, Lautsprechern und virtuellen Lautsprechern zeigt.
Fig. 4 zeigt eine Frequenzcharakteristik eines Entzerrers.
Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht, die die Struktur eines zweiten Phasenschiebers zeigt.
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern einer Theorie zur Schallbildlokalisierung.
Fig. 7 ist eine erläuternde Ansicht, die den Pegel eines in das rechte Ohr gelangenden Signals relativ zu einem Signal am Eingang des äußeren Gehörgangs des linken Ohrs und die Phasendifferenz zwischen den Signalen zeigt, die bei einer Frequenz aufgetragen sind, wenn reale Schallquellen verstellt werden.
Fig. 8 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristik einer Pegeldifferenz und einer Phasendifferenz im rechten Kanal in Bezug auf den linken Kanal, wie durch einen ersten Phasenschieber eingeführt, zeigt.
Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristik eines Ausgangssignals eines zweiten Phasenschiebers im rechten Kanal in Bezug auf ein Eingangssignal im linken Kanal zeigt.
Fig. 10 ist eine erläuternde Ansicht, die Syntheseergebnisse zu den Fig. 8 und 9 zeigen.
Fig. 11 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristik einer Phasendifferenz und einer Pegeldifferenz zeigt, wenn der Winkel eines virtuellen Lautsprechers 60º beträgt.
Fig. 12 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristik einer Phasendifferenz und einer Pegeldifferenz zeigt, wenn der Winkel eines virtuellen Lautsprechers 120º beträgt.
Fig. 13 ist ein Diagramm eines Ersatzschaltbilds einer vereinfachten Schaltung des ersten Phasenschiebers.
Fig. 14 ist ein Diagramm eines Ersatzschaltbilds einer vereinfachten Schaltung des zweiten Phasenschiebers.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein unterschiedliches Beispiel zur Struktur wesentlicher Abschnitte einer anderen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 16 ist ein Diagramm einer Ersatzschaltung, das zeigt, dass die Verzögerungs- und Dämpfungseinrichtung bei der Erfindung eine Art Kammfilter bildet.
Fig. 17 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristik für den Fall zeigt, dass in Fig. 16 N = 8 gilt.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere unterschiedliche Struktur wesentlicher Abschnitte einer anderen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, das noch eine weitere unterschiedliche Struktur wesentlicher Abschnitte einer noch anderen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 20 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Gebiet, in dem sich der Hörer nach vorne, hinten, links und rechts bewegen kann, und Winkel von Lautsprechern zeigt.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem eine Schaltung zum Erzeugen eines Nachhall-Schallsignals in der Frontstufe der Schallbildverbesserungsvorrichtung vorhanden ist.
Fig. 22 ist eine erläuternde Ansicht, die ein spezielles Beispiel der Schaltung zum Erzeugen eines Nachhall-Schallsignals zeigt.
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur wesentlicher Abschnitte einer herkömmlichen Schallbildverbesserungsvorrichtung zeigt.
Fig. 24 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung zwischen Lautsprechern und virtuellen Lautsprechern beim herkömmlichen Beispiel zeigt.
Fig. 25 ist eine erläuternde Ansicht, die ein herkömmliches Beispiel einer Schallbildverbesserung auf Grundlage einer Übertragungsfunktion zeigt.
Fig. 26 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine herkömmliche Schallbildverbesserungsvorrichtung durch ein FIR-Filter gebildet ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die nachfolgende Beschreibung erörtert unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 eine Ausführungsform der Erfindung.
Wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, werden Stereosignale L und R zweier Kanäle von einer Schallquelle 8 über einen Eingangsanschluss 2L für den linken Kanal bzw. einen Eingangsanschluss 2R für den rechten Kanal in eine erfindungsgemäße Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 eingegeben. Die Schallquelle 8 enthält ein Eingangs-Schaltbauteil 8d. Dieses Eingangs- Schaltbauteil 8d wird wahlweise auf einen CD(Compact Disk)-Spieler 8a, einen Tuner 8b oder einen Kassettenbandrecorder 8c geschaltet, und es gibt ein wiederzugebendes Signal von einer dieser Schallquellen aus.
In der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 werden verschiedene Verarbeitungen zum Erweitern eines Schallbilds auf die Rückseite eines Hörers unter Verwendung nur zweier Frontlautsprecher auf Grundlage der zu reproduzierenden Eingangssignale ausgeführt. Das Ergebnis wird über Ausgangsanschlüsse 7L und 7R, Lautstärkeeinsteller VRL, VRR und Verstärker 9L bzw. 9R an die Lautsprecher 10L und 10R übertragen.
Mit der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 sind eine Anzeigevorrichtung 51 und ein Tasteneingabeabschnitt 52 über einen Mikrocontroller 50 verbunden. Dieser Vorrichtungen sind so vorhanden, dass sie eine Surroundfunktion zwischen ein und aus umschalten und das Schallbild kontrollieren. Im Tasteneingabeabschnitt 52 wird die Surroundfunktion unter Verwendung einer vorgegebenen Taste zwischen ein und aus umgeschaltet.
Außerdem werden im Tasteneingabeabschnitt 52 der Winkel jedes virtuellen Lautsprechers und die Dimensionen eines Schallbilds unter Verwendung vorbestimmter Tasten variiert.
Wenn z. B. eine Taste "Surround" betätigt wird, währen die Surroundfunktion ausgeschaltet ist, zeigt die Anzeigevorrichtung 51 "Surround EIN" an, und der Dämpfungskoeffizient jeder der in der Fig. 1 dargestellten Dämpfungseinrichtungen 14L und 14R (die später beschrieben werden) wird von z. B. 0 auf 0,9 geändert, und der Dämpfungskoeffizient jeder der in der Fig. 1 dargestellten Dämpfungseinrichtungen 18L und 18R (die später beschrieben werden) wird von z. B. 0 auf 0,6 geändert, was unter Steuerung durch den Mikrocontroller 50 erfolgt. Im Ergebnis werden durch einen ersten Phasenschieber 16L (16R) verarbeitete Signale und durch einen zweiten Phasenschieber 20L (20R) verarbeitete Signale zum anderen Kanal addiert und über den Lautsprecher 10R (10L) reproduziert. Demgemäß wird ein virtueller Lautsprecher realisiert. Die Bezugszahlen in Klammern entsprechen Elementen in der Reihe des anderen Kanals.
Wenn z. B. eine Taste betreffend die Breite eines Schallbilds oder den Winkel eines virtuellen Lautsprechers ausgewählt wird, wird die ausgewählte Einstellung durch die Anzeigevorrichtung 51 angezeigt, und der Wert der Phasenverschiebung durch den zweiten Phasenschieber 20L (20R) und der Dämpfungskoeffizient der Dämpfungseinrichtung 18L (18R) werden unter Steuerung durch den Mikrocontroller 50 auf voraufgezeichnete Werte geändert. So ist es möglich, die Position des virtuellen Lautsprechers von der Vorder- bis zur Rückseite des Hörers zu kontrollieren, wodurch vom Hörer gewünschte Schallbildsräume realisiert werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 wird nachfolgend die Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 erläutert.
Hinsichtlich Stereoeingangssignalen sei angenommen, dass Signale von Schallquellen, die sich links, rechts und in der Mitte vor dem Hörer befinden, SL, SR bzw. SC sind, ein Tonsignal für den linken Kanal, das in den linken Kanal der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 einzugeben ist, L&sub0; ist und ein Tonsignal für den rechten Kanal, das in den rechten Kanal einzugeben ist, R&sub0; ist, wobei dann die folgende Gleichung gilt:
L&sub0; = SL + SC
R&sub0; = SR + SC
Die nachfolgende Beschreibung erläutert den Fluss der Signale in der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 im Einzelnen. Als Erstes erfolgt eine Erläuterung zum linken Kanal.
Das Tonsignal R&sub0; für den rechten Kanal wird an eine Dämpfungseinrichtung 13R mit einem Dämpfungskoeffizienten a (erster Dämpfungskoeffizient) übertragen, wo es geschwächt wird und seine Phase invertiert wird, und es wird dann an einen Addierer 12L geliefert. In den Addierer 12L wird das Tonsignal L&sub0; für den linken Kanal eingegeben, und das Tonsignal L&sub0; für den linken Kanal und das Tonsignal R&sub0; für den rechten Kanal werden aufaddiert und als Summensignal L1 ausgegeben:
L1 = L&sub0; - aR&sub0; = (SL + SC) - a(SR + SC) = SL - aSR + (1 - a)SC (9)
Das zusätzliche Signal L1 wird über eine Dämpfungseinrichtung 14L mit einem Dämpfungskoeffizienten b (zweiter Dämpfungskoeffizient) an ein Bandpassfilter (BPF) 15L geliefert, so dass nur Komponenten innerhalb eines eine Phasenkontrolle benötigenden Frequenzbands an den ersten Phasenschieber 16L geliefert werden. Der erste Phasenschieber 16L ist vorhanden, um die Phase so zu kontrollieren, dass Komponenten mit entgegengesetzten Phasen an der Position des Hörers verringert werden.
Der erste Phasenschieber 16L verfügt über vier Bandpassfilter 16L1, 16L2, 16L3, 16L4 und Verzögerungsschaltungen 16L5, 16L6, 16L7, 16L8 zum Einführen einer Verzögerung bei der Übertragung der jeweiligen Ausgangssignale der Bandpassfilter.
Das eine Phasenkontrolle benötigende Frequenzband wird durch die Bandpassfilter 16L1, 16L2, 16L3, 16L4 in vier Frequenzbänder unterteilt. Die Verzögerungsschaltungen 16L5, 16L6, 16L7, 16L8 führen in die Übertragung des Signals in jedem Frequenzband eine vorbestimmte Verzögerung ein, so dass die Phase jedes der Signale um Φ11, Φ12, Φ13 bzw. Φ14 verschoben wird. Das Ausmaß der Phasenverschiebung Φ&sub1; im ersten Phasenschieber 16L variiert abhängig von der Frequenz.
Die Ausgangssignale der Verzögerungsschaltungen 16L5, 16L6, 16L7, 16L8 werden in einem Addierer 16L9 aufaddiert und als Signal L2 ausgegeben. Nachdem die Phase des Signals L2 invertiert wurde, wird das sich ergebende Signal L2 an einen Addierer 17R geliefert. Das Signal L2 ist wie folgt wiedergegeben:
L2 = b·L1 Φ&sub1; = b[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub1; (10)
Das durch die folgende Gleichung wiedergegebene Signal RL1 wird durch den Addierer 17R ausgegeben:
RL1 = R&sub0; - L2 = SR + SC - b[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub1;(11)
Das zusätzliche Signal L1 wird über die Dämpfungseinrichtung 18L mit einem Dämpfungskoeffizienten c (dritter Dämpfungskoeffizient) an einen Entzerrer 19L geliefert, wo ein niederfrequentes Band hervorgehoben wird, und es wird dann an den zweiten Phasenschieber 20L übertragen. Der zweite Phasenschieber 20L enthält ein einfaches digitales Tiefpassfilter vom IIR-Typ. Das Ausgangssignal L3 des zweiten Phasenschiebers 20L ist wie folgt wiedergebbar:
L3 = c·L1 Φ&sub2; = c·(SL - aSR + (1 - a)SC) Φ&sub2; (12)
Ein Signal (-L3) wird dadurch erzeugt, dass die Phase von L3 invertiert wird, und es wird an einen Addierer 23R übertragen. Φ&sub2; in der Gleichung (12) repräsentiert den Wert der vom zweiten Phasenschieber 20L verursachten Phasenverschiebung.
Das Signal (-L3) und das Signal RL1 werden im Addierer 23R aufaddiert, und es wird ein Signal RL2 ausgegeben. Das Signal RL2 wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben und am Ausgangsanschluss 7R ausgegeben:
RL2 = RL1 - L3 = SR + SC - b[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub1; - c·(SL - asR + (1 - a)SC) Φ&sub2; (13)
Ein Signal R3 ist wie folgt gegeben.
Das Tonsignal L&sub0; für den linken Kanal wird an eine Dämpfungseinrichtung 13L mit dem Dämpfungskoeffizienten a gegeben, wo es gedämpft wird und seine Phase invertiert wird, und es wird an den Addierer 12R übertragen. Ein Tonsignal R&sub0; für den rechten Kanal wird in den Addierer 12R eingegeben. Im Addierer 12R werden das Tonsignal R&sub0; für den rechten Kanal und das Tonsignal L&sub0; für den linken Kanal aufaddiert und als zusätzliches Signal R1 ausgegeben.
R1 = R&sub0; - aL&sub0; = SR - aSL + (1 - a)SC (14)
Das zusätzliche Signal R1 wird über die Dämpfungseinrichtung 18R mit dem Dämpfungskoeffizienten c an einen Entzerrer 19R geliefert, wo niederfrequente Bänder hervorgehoben werden, und dann wird es an den zweiten Phasenschieber 20R übertragen. Der zweite Phasenschieber 20R enthält ein einfaches Tiefpassfilter. Das Ausgangssignal R3 des zweiten Phasenschiebers 20R ist wie folgt wiedergebbar:
R3 = c·R1 Φ&sub2; = c·(SR - aSL + (1 - a)SC) Φ&sub2; (15)
Als Nächstes wird der Fluss von Signalen im rechten Kanal der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 erläutert.
Das durch die obige Gleichung (14) gegebene zusätzliche Signal R1 wird über eine Dämpfungseinrichtung 14R mit dem Dämpfungskoeffizienten b an ein Bandpassfilter (BPF) 15R geliefert, so dass nur Komponenten innerhalb eines eine Phasenkontrolle benötigenden Frequenzbands an den ersten Phasenschieber 16R geliefert werden. Der erste Phasenschieber 16R ist vorhanden, um die Phase so zu steuern, dass Komponenten entgegengesetzter Phase am Ort des Hörers verringert sind.
Der erste Phasenschieber 16R enthält vier Bandpassfilter 16R1, 16R2, 16R3, 16R4 (nicht dargestellt) und Verzögerungsschaltungen 16R5, 16R6, 16R7, 16R8 (nicht dargestellt), um in die Übertragung der jeweiligen Ausgangssignale eine Verzögerung einzuführen.
Das eine Phasenkontrolle benötigende Frequenzband wird durch die Bandpassfilter 16R1, 16R2, 16R3, 16R4 in vier Frequenzbänder unterteilt. Die Verzögerungsschaltungen 16R5, 16R6, 16R7, 16R8 führen in die Übertragung des Signals in jedem Frequenzband eine vorbestimmte Verzögerung ein, so dass die Phase jedes der Signale um Φ11, Φ12, Φ13 bzw. Φ14 verschoben ist. Der Wert der durch den ersten Phasenschieber 16R erzeugten Phasenverschiebung Φ&sub1; variiert frequenzabhängig.
Die Ausgangssignale der Verzögerungsschaltungen 16R5, 16R6, 16R7, 16R8 werden in einem Addierer 16R9 (nicht dargestellt) aufaddiert und als Signal R2 ausgegeben. Nachdem die Phase des Signals R2 invertiert wurde, wird das Signal R2 an einen Addierer 17L geliefert. Das Signal R2 ist wie folgt wiedergebbar:
R2 = b·R1 Φ&sub1; = b[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub1; (16)
Vom Addierer 17L wird ein Signal LR1 ausgegeben. Dieses Signal RL1 ist wie folgt wiedergebbar:
LR1 = L&sub0; - R2 = SL + SC - b[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub1; (17)
Ein Signal (-R3) wird dadurch erzeugt, dass die Phase des durch die obige Gleichung (15) angegebenen Signals R3 invertiert wird und das Signal an einen Addierer 23L übertragen wird. Das Signal (-R3) und das Signal RL1 werden im Addierer 23L aufaddiert, und es wird ein Signal RL2 ausgegeben. Das Signal RL2 ist durch die folgende Gleichung wiedergebbar, und es wird an den Ausgangsanschluss 7L geliefert:
LR2 = LR1 - R3 = SL + SC - b[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub1; - c·(SR - aSL + (1 - a)SC) Φ&sub2; (18)
Da die Dämpfungskoeffizienten a, b, c und die Verzögerungen Φ&sub1; und Φ&sub2; in den obigen Gleichungen (13) und (18) so eingestellt sind, dass dann, wenn durch die Theorie der Schallbildverbesserung unter Verwendung der auf die oben genannte Weise erhaltenen Übertragungsfunktionen gegebenen virtuellen Lautsprecher hinter dem Hörer positioniert werden, die Frequenzcharakteristik und die Phasencharakteristik von Signalen von den virtuellen Lautsprechern näherungsweise der Frequenzcharakteristik und der Phasencharakteristik von Signalen von den Lautsprechern 10L und 10R entsprechen. Im Ergebnis wird ein optimaler Schallbildraum erzielt und der Hörer kann eine getreuere Simulation einer Lifeaufführung wahrnehmen.
Die Anzahl der Verarbeitungsschritte im DSP bei der oben genannten Struktur wird wie folgt berechnet.
Bei dieser Struktur ist es erforderlich, drei Dämpfungseinrichtungen, fünf BPFs, einen Entzerrer, vier Verzögerungsschaltungen, sieben Addierer und einen zweiten Phasenschieber für jeden Kanal abzubringen. Es ist auch erforderlich, die Ordnung jeder Dämpfungseinrichtung zu zwei zu machen, die Ordnung jedes BPF zu sechs zu machen, die Ordnung des Entzerrers zu sechs zu machen, die Ordnung des Auslesewerts in jeder Verzögerungsschaltung zu zwei zu machen, die Ordnung des Schreibvorgangs in jeder Verzögerungsschaltung zu zwei zu machen, die Ordnung jedes Addierers zu eins zu machen, die Ordnung des zweiten Phasenschieberegisters zu vier zu machen.
Die Gesamtordnung ist durch die Summe der Produkte gegeben, d. h. (2 · 3) + (6 · 5) + (6 · 1) + (2 · 4) + (2 · 5) + (1 · 7) + (2 · 3) + (4 · 1) = 77 Schritte. Durch Vergleichen dieser Ordnung mit der Ordnung 18 · 2 = 256, wenn ein FIR-Filter verwendet wird, ist ersichtlich, dass die Ordnung auf ungefähr ein Drittel verringert ist. Daher ist es nicht erforderlich, einen DSP hoher Geschwindigkeit zu verwenden. Da ein billiger DSP verwendet werden kann, ist es möglich, die Kosten zu senken.
Wenn an der linken, rechten und mittleren vorderen Position in Bezug auf den Hörer ein Schlagzeug, ein Klavier und ein Saxophon positioniert werden, werden die Dämpfungskoeffizienten und die Verzögerungen wie folgt. Es sei angenommen, dass die Lautsprecher 10L und 10R auf Linien installiert sind, die in Querrichtung nach außen und nach vorne unter 30º zu jeder Seite des Hörers gerichtet sind, wie es in der Fig. 3 veranschaulicht ist.
Wenn Signale von diesen Schallquellen mit SD, SP bzw. SS bezeichnet werden, wird das Tonsignal L&sub0; = SD + SS für den linken Kanal über den Eingangsanschluss 2L für den linken Kanal in die Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 eingegeben, während das Tonsignal R&sub0; = SP + SS für den rechten Kanal über den Eingangsanschluss 2R für den rechten Kanal in die Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 eingegeben wird.
In diesem Fall werden, auf Grundlage der obigen Gleichungen (18) und (13), das am Ausgangsanschluss 7L ausgegebene Signal RL2 und das am Ausgangsanschluss 7R ausgegebene Signal RL2 wie folgt wiedergegeben:
LR2 = SD + SS - b[SP - aSD + (1 - a)SS] Φ&sub1; - c·(SP - aSD + (1 - a)SS Φ&sub2; (19)
RL2 = SP + SS - b[SD - aSP + (1- a)SS] Φ&sub1; - c·(SD - aSP + (1 - a)SS Φ&sub2; (20)
Wenn nur die Signale des Schlagzeugs aus den Gleichungen (19) und (20) entnommen werden, d. h., wenn SP = SS = 0 gilt, sind die Signale LR2 und RL2 wie folgt wiedergebbar:
LR2 = SD + abSD Φ&sub1; + acSD Φ&sub2; (21)
RL2 = - (BSD Φ&sub1; + cSD Φ&sub2;) (22)
Wie es aus diesen Gleichungen (21) und (22) erkennbar ist, ist zum linken Kanal ein Phasenterm (Term einschließlich zumindest Φ&sub1; oder Φ&sub2;) ohne Inversion hinzugefügt, während der Kehrwert des Phasenterms (durch ein Minuszeichen in der Gleichung (22) gekennzeichnet) zum rechten Kanal hinzugefügt ist. Die Signale gelangen in diesem Fall auf beide Ohren des Hörers, und sie werden kombiniert. Im Ergebnis wird ein Schallbild vom Signal des linken Kanals an der Position des virtuellen Lautsprechers 10L' synthetisiert. Um jeden der in der Fig. 3 dargestellten Lautsprecherwinkel Θ zwischen 120º und 150º anzuordnen, sei angenommen, dass die Abtastfrequenz fS sei und andere Koeffizienten beispielsweise wie folgt eingestellt werden.
Es gilt nämlich bei dieser Ausführungsform: a = 0,7 bis 1, b = 0,9, c = 0,7 und d = 0,4. Das Durchlassband des Bandpassfilters 15L liegt zwischen 200 Hz und 10 kHz. Das Bandpassfilter 16L1 ist ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 500 Hz. Das Durchlassband des Bandpassfilters 16L2 liegt zwischen 500 Hz und 2 kHz. Das Durchlassband des Bandpassfilters 16L3 liegt zwischen 2 kHz und 5 kHz. Das Bandpassfilter 16L4 ist ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 5 kHz. Die durch die Verzögerungsschaltung 16L5 gegebene Verzögerung liegt zwischen 8 fS und 10 fS. Die Verzögerung durch die Verzögerungsschaltung 16L2 liegt zwischen 5 fS und 8 fS. Die Verzögerung durch die Verzögerungsschaltung 16L8 liegt zwischen fS und 6 fS. Der Entzerrer 19L hat die in der Fig. 4 dargestellte Frequenzcharakteristik.
Der zweite Phasenschieber 20L ist ein Tiefpassfilter mit dem in der Fig. 5 dargestellten Struktur (die Rückkopplung durch die Dämpfungseinrichtung ist nicht höher als 0,7, und die Position des virtuellen Lautsprechers 10L' wird durch die Rückkopplung und den Dämpfungskoeffizienten c der Dämpfungseinrichtung 18L eingestellt). Bei diesen Einstellungen wurden die Phase und die Dämpfung erhalten, wie sie durch die Theorie der Schallbildlokalisierung beschrieben werden.
Wenn aus den Gleichungen (19) und (20) nur Signale des Klaviers entnommen werden, d. h., wenn SD = SS = 0 gilt, sind die Signale LR2 und RL2 wie folgt wiedergebbar:
LR2 = -(bSP Φ&sub1; + cSP Φ&sub2; (23)
RL2 = SP + abSP Φ&sub1; + acSP Φ&sub2; (24)
Wie es aus den Gleichungen (23) und (24) erkennbar ist, ist die Polarität des Phasenterms entgegengesetzt zu dem des Schlagzeugs, und die rechte Schallquelle SP ergibt eine Phasenverschiebung von ungefähr 185º bis 200º bezogen auf die Phasenverschiebung und die Phasenumkehr des Signals RL2, und die Signale werden an der Position des Hörers kombiniert. Demgemäß wird vom Signal SP für den rechten Kanal an der Position des virtuellen Lautsprechers 10R' ein Schallbild synthetisiert. In diesem Fall werden dieselben Bedingungen wie für das Schlagzeug verwendet.
Wenn aus den obigen Gleichungen (19) und (20) nur Signale für das Saxophon entnommen werden, d. h., wenn SD = SP = 0 gilt, sind die Signale LR2 und RL2 wie folgt wiedergebbar:
LR2 = SS - b(1 - a)SS Φ&sub1; - c(1 - a)SS Φ&sub2; (25)
RL2 = SS - b(1 - a)SS Φ&sub1; - c(1 - a)SS Φ&sub2; (26)
In diesem Fall liegt, da LR2 = RL2 gilt, das Schallbild des zentralen Saxophons in der Mitte. Jedoch werden die Phasenterme (zweiter und dritter Term) zu LR2 (RL2) verringernden Faktoren. Um eine Verringerung von LR2 (RL2) zu verhindern, werden alle Phasenterme null, wenn dafür gesorgt wird, dass a = 1 gilt. Um jedoch die Schallbilder des Schlagzeugs und des Klaviers anzuheben, ist es erforderlich, dass a < 1 erfüllt ist. Dann wird bei dieser Ausführungsform die Anordnung so gewählt, dass a = 0,9 gilt, um die jeweiligen Bedingungen zu erfüllen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erörtert die folgende Beschreibung die Theorie der Schallbildlokalisierung.
Ein durch in Phase befindliche Signale erzeugtes Schallbild bei Stereowiedergabe wird allgemein als scharfes Schallbild bezeichnet. Andererseits wird ein durch Signale mit einer Phasendifferenz oder einer Zeitdifferenz erzeugtes Schallbild im Allgemeinen als undeutlich bezeichnet.
Hinsichtlich der Qualität und der Lokalisierung dieser Schallbilder ist es, um die Lokalisierung und die Qualität eines Schallbilds von einer virtuellen Schallquelle und die entsprechenden Werte von der tatsächlichen Schallquelle gleich zu machen, nicht absolut erforderlich, jedoch wesentlich, dafür zu sorgen, dass die Pegel- und Phasendifferenzen von Tonsignalen von der virtuellen Schallquelle zwischen den Ohren denjenigen der Tonsignale von der echten Schallquelle gleich sind. Wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, wurde, wenn angenommen wird, dass die Frontposition des Hörers die Bezugsposition ist, die echte Schallquelle um bis zu 90º nach rechts und links in Bezug auf den Hörer bewegt (Θ). Der Pegel (ΔP) eines auf das rechte Ohr treffenden Signals in Bezug auf ein Signal am Eingang des äußeren Gehörgangs des linken Ohrs und die Phasendifferenz (ΔΦ) zwischen den Signalen wurden bei einer Frequenz von 500 Hz aufgetragen. Die Fig. 7 zeigt das Ergebnis.
Die Kombination der Pegeldifferenzen und der Phasendifferenzen von Signalen hinsichtlich der zwei Lautsprecher (vorne links und vorne rechts) wurden auf verschiedene Arten verändert, und es wurden Tontests ausgeführt, um die Qualität (Natürlichkeit) des Schallbilds zu bewerten. Die Ergebnisse sind die Folgenden.
1) Durch Erzeugen einer Stimulierung entsprechend einem Punkt auf der Ortskurve der echten Schallquelle zum Eingang des externen Gehörgangs jedes Ohrs des Hörers durch eine beliebige Anzahl von in beliebigen Richtungen positionierten Lautsprechern ist es möglich, ein Schallbild zu erzeugen, das dieselbe Qualität wie das von einer echten Schallquelle, d. h. eine natürlichen Schallquelle, in einer Richtung hat, die vergleichbar mit dem Punkt in Bezug auf die Hörer ist. Genauer gesagt, ist es möglich, virtuellen Schallquellen an Positionen auf Linien zu erhalten, die in seitlicher Richtung unter 90º auf jeder Seite des Hörers verlaufen, wenn die Phasendifferenz zu 0,95 π eingestellt wird und die Pegeldifferenz variiert wird.
2) Wenn jedes Ohr des Hörers eine Stimulierung erhält, die einem außerhalb dieser Kurve liegenden Punkt entspricht, nimmt der Hörer ein Schallbild wahr, dessen Orientierung demjenigen von der echten Schallquelle entspricht, dessen Qualität sich aber von dem der echten Schallquelle unterscheidet, d. h. ein unnatürliches Schallbild. Genauer gesagt, wird das natürlichste Schallbild dann erzeugt, wenn die Phasendifferenz 0,4π beträgt. Ein ähnliches Schallbild wird dann erzeugt, wenn die Pegeldifferenz null ist und dabei die Phasendifferenz π oder 0,9π beträgt.
Schalltests wurden nicht nur bei 500 Hz sondern auch über ein weites Band ausgeführt. Es zeigte sich aus den Ergebnissen, dass es erforderlich ist, eine Verarbeitung entsprechend der oben genannten Analyse bis zu ungefähr 1,8 kHz auszuführen, wobei für die Praxis im Wesentlichen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, ohne dass eine Verarbeitung in höheren Frequenzbändern ausgeführt wurde. Der Grund dafür liegt darin, dass die Erfassungsgrenze hinsichtlich einer Phasendifferenz zwischen den Ohren bei Frequenzen nicht unter 2 kHz deutlich erhöht ist.
Eine Schallquelle, die sich an einer Position befindet, die um α Grad aus der Achse gegenüber der vorderen, mittleren Position versetzt ist, wird als hintere Schallquelle wahrgenommen, die sich in einer Richtung befindet, die um (180 -α) Grad gegenüber der Frontposition verschoben ist, d. h., es erfolgt eine sogenannte falsche Wahrnehmung. Die falsche Wahrnehmung erfolgte, da die Pegeldifferenz und die Phasendifferenz einander extrem benachbart waren.
In der Fig. 7 sind, ähnlich wie beim obigen Ergebnis 1), die Daten zwischen ±45º und 90º vorhanden, da der Wert auf der vertikalen Achse ΔΦ eine periodische Funktion mit einer Periode von 2π ist. Das heißt, dass ein natürliches Schallbild insbesondere dadurch erhalten wird, dass die Phasendifferenz zu 1,05 π gemacht wird.
Wenn die oben genannte Theorie berücksichtigt wird, ist es wünschenswert, die Phasendifferenz zwischen dem linken und dem rechten Signal bei Frequenzen nicht über 2 kHz zu ungefähr 0,95 π und 1,05 π zu machen, und die Pegeldifferenz auf einen Wert einzustellen, der vom Winkel des virtuellen Lautsprechers abhängt.
Das heißt, dass in der Fig. 1, wenn nur ein Signal für den linken Kanal eingegeben wird, das Ausgangssignal LR2 für den linken Kanal und das Ausgangssignal RL2 für den rechten Kanal im Addierer 23 durch die oben Gleichungen (21) und (22) ausgedrückt sind. Da Φ&sub1; = cosΦ&sub1; + j sinΦ&sub1; und Φ&sub2; = cosΦ&sub2; + j sindΦ&sub2; gelten, sind die Gleichungen (21) und (22) wie folgt umschreibbar:
RL2 = A + jB (27)
LR2 = C + jD (28)
In den Gleichungen (27) und (28) gelten jedoch A = b cosΦ&sub1; + c cosΦ&sub2;, B = b sindΦ&sub1; + c sindΦ&sub2;, C = 1 + ab cosΦ&sub1; + ac cosΦ&sub2; und D = (ab sindΦ&sub1; + ac sindΦ&sub2;).
Auf Grundlage von LR2/RL2 werden ein Pegel x und eine Phase Θ für den rechten Kanal in Bezug auf den linken Kanal durch die folgenden Gleichungen berechnet:
x = [(A² + B²)/(C² + D²)]1/2 (29)
Θ = tan&supmin;¹(A/B) + tan&supmin;¹(D/C) (30)
Das heißt, dass es möglich ist, eine virtuelle Schallquelle dadurch zu realisieren, dass x und Θ so eingestellt werden, dass 3 dB ≤ x ≤ 4 dB und 0,95 π ≤ Θ ≤ 1,05 π erfüllt sind. Die Phasendifferenz wird dadurch erhalten, dass π(180º) zu Θ addiert wird.
Die folgende Beschreibung erläutert die Eigenschaften der Phasendifferenz und der Pegeldifferenz zwischen dem linken und dem rechten Kanal entsprechend der Theorie der Schallbildlokalisierung. Der Erläuterung halber ist angenommen, dass das Eingangssignal R&sub0; für den rechten Kanal null ist.
Die Phasendifferenz und die Pegeldifferenz zwischen dem Signal RL1 auf Grundlage des ersten Phasenschiebers 16R und des Signals RL1 auf Grundlage des ersten Phasenschiebers 16L variieren wie folgt. Wie es in der Fig. 8 dargestellt ist, variiert die Phasendifferenz im Bereich des mittleren Frequenzbands (500 Hz bis 2 kHz) innerhalb eines Bereichs zwischen (-π) und -(n + 0,1 π), während die Phasendifferenz bei Frequenzen nicht über 500 Hz im Bereich zwischen -(n - 0,1 π) und (-π) variiert.
Die Phasendifferenz und die Pegeldifferenz zwischen dem Signal R3 auf Grundlage des zweiten Phasenschiebers 20R und dem Tonsignal R&sub0; für den linken Kanal variieren wie folgt. Wie es in der Fig. 9 dargestellt ist, variiert die Phasendifferenz im Bereich eines niedrigen Frequenzbands im Bereich zwischen (-π) und -(π + 0,1 π). Die Pegeldifferenz wird über den Bereich des niedrigen Frequenzbands um ungefähr (+8) dB verstärkt und im Bereich eines hohen Frequenzbands gedämpft, wie es durch die Kurve in der Fig. 9 dargestellt ist.
Die Fig. 10 zeigt die kombinierten Eigenschaften aus den Fig. 8 und 9. Es ist möglich, innerhalb eines Frequenzbereichs von 50 Hz bis 1,8 kHz eine Phasendifferenz von (-π ± 0,1π) und ein Pegeldifferenz von (4 bis 3) dB zu erzielen. Diese Phasendifferenz und Pegeldifferenz entsprechen den Werten, wie sie durch die Theorie der Schallbildlokalisierung angegeben werden.
Gemäß der Theorie der Schallbildlokalisierung ist es möglich, den Winkel eines virtuellen Lautsprechers bis zu 90º einzustellen. Da sich zwischen Winkeln von 0º bis 90º und 180º bis 90º symmetrische Phaseneigenschaften zeigen, ist eine Phasensteuerung nicht ausführbar, wenn der Winkel des virtuellen Lautsprechers 90º oder größer wird. Die Eigenschaften bei einem Winkel des virtuellen Lautsprechers von 60º und 120º wurden durch die Übertragungsfunktionscharakteristik erhalten. Die Ergebnisse sind in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Im Vergleich mit einem Winkel des virtuellen Lautsprechers von 60º wird, wenn der Winkel des virtuellen Lautsprechers 120º beträgt, die Zunahme des Pegels innerhalb eines Bereichs eines niedrigen Frequenzbands größer als die Zunahme des Pegels innerhalb eines Bereichs eines hohen Frequenzbands. Das heißt, dass der virtuelle Lautsprecher auf einer Linie platziert wird, die seitlich unter 60º nach vorne in Bezug auf die Position des Hörers gerichtet ist, was durch die ersten Phasenschieber 16R und 16L erfolgt (siehe die Fig. 8). Ähnliche Eigenschaften wie die eines Lautsprecherwinkels von 120º werden unter Verwendung der Entzerrer 19R und 19L und der zweiten Phasenschieber 20R und 20L (siehe die Fig. 10) erzielt, und es wird ein hinterer virtueller Lautsprecher (mit einem Winkel des virtuellen Lautsprechers zwischen 90º und 180º) simuliert.
Dies erklärt sich deutlich durch die Tatsache, dass die von den ersten Phasenschiebern 16R und 16L abhängenden Phasendifferenzeigenschaften näherungsweise denen des vorderen virtuellen Lautsprechers (60º) entspricht (d. h., dass die Phasendifferenzeigenschaften der Fig. 8 und der Fig. 11 näherungsweise einander gleich sind) und dass die Phasendifferenzeigenschaft, die durch Hinzufügen der zweiten Phasenschieber 20R und 20L erhalten wird, näherungsweise der des hinten liegenden virtuellen Lautsprechers (120º) entspricht (d. h., dass die Phasendifferenzeigenschaften der Fig. 10 und der Fig. 11 näherungsweise einander gleich sind).
Unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 erläutert die folgende Beschreibung, wie die jeweiligen Dämpfungskoeffizienten für eine Schallbildverbesserung für das Signal nur eines Kanals (z. B. nur für das Signal des linken Kanals) zu erhalten sind. Elemente mit derselben Funktion wie bei der oben angegebenen Ausführungsform werden mit demselben Code gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Die vom ersten Phasenschieber abhängende Charakteristik wird durch eine Ersatzschaltung mit vereinfachtem Schaltkreis erzielt, wie in der Fig. 13 dargestellt. Um einen Überlauf bei einer Arithmetikoperation betreffend einen Koeffizienten zu verhindern, wird das Stereosignal 11 für den linken Kanal (das Stereosignal R für den rechten Kanal) durch eine Abschwächungseinrichtung 40L (40R) gedämpft. Der Verzögerungskoeffizient n jeder der Verzögerungsschaltungen 16L und 16R variiert abhängig von der Frequenz. Beim nachfolgend angegebenen Beispiel ist eine spezielle Frequenz auf 400 Hz eingestellt.
Wenn angenommen wird, dass der Dämpfungskoeffizient der Dämpfungseinrichtung 40L (40R) 0,7 ist, das Eingangssignal des linken Kanals XL(Z) ist, das Eingangssignal des rechten Kanals XR(Z) = 0 ist, das Ausgangssignal des linken Kanals YL(Z) ist und das Ausgangssignal des rechten Kanals YR(Z) ist, sind die Übertragungsfunktion HL(Z) des linken Kanals und die Übertragungsfunktion HR(Z) des rechten Kanals durch die unten angegebenen Gleichungen (31) und (32) wiedergebbar:
HL(Z) = 0,7 + abZ-n (31)
HR(Z) -bZ-n (32)
Wenn Z = ejωT gilt (wobei ω die Winkelfrequenz ist und T eine Abtastfrequenz ist), sind die Gleichungen (31) und (32) wie folgt umschreibbar:
HL(ejωT) = 0,7 + abe-jωnT (33)
HR(ejωT) = -be-jωnT (34)
Diese Frequenzantwort basiert auf den Gleichungen (32) und (34).
Gemäß den Gleichungen (33) und (34) ist die übertragungsfunktion HRL(Z) des Ausgangssignals des linken Kanals in Bezug auf das Ausgangssignal des rechten Kanals wie folgt wiedergebbar.
HRL(Z) = HL(Z)/HR(Z) = HL(ejωT)/HR(ejωT) = (0,7eJωT + ab)/(-b) (35)
Das Aufweitungsmaß eines Schallbilds wird durch den ersten Phasenschieber auf 60º eingestellt. Gemäß der Theorie der Schallbildverbesserung werden die folgenden Gleichungen erzielt, wenn der Pegel von HRL(ejωT) und die Phase zu 4,5 dB bzw. 0,05 π (wobei das Minuszeichen vernachlässigt wird) eingestellt werden:
[(ab + 0,7cos(ωnT))² + (0,7sin(ωnT)²]1/2/b = 4,5db = 1,68 (36)
[0,7sin(ωnT)/(0,7cos(ωnT) + ab)] = tan(0,05π) (37)
Aus der Gleichung (36) ergeben sich, wenn b als positive Zahl und a = 0,9 angenommen werden und b in der Gleichung (a² - 2,82)b² + 1,4cos(ωnT)ab + 0,49 = 0 gelöst wird, die obigen Gleichungen (36) und (37) wie folgt:
b = [1,26cos(ωnT) + (1,59cos²(ωnT) + 3,931/2]/4,02 (38)
0,7sin(ωnT) = 0,158 · (0,7cos(ωnT) + 0,9b) (39)
Gemäß den Gleichungen (38) und (39) werden, wenn die spezielle Frequenz 400 Hz ist und die Abtastfrequenz auf 44,1 kHz ( = 1/T) eingestellt wird, der Verzögerungskoeffizient n = 6 und der Dämpfungskoeffizient b = 0,87. Wenn die spezielle Frequenz 2 kHz ist und die Abtastfrequenz auf 44,1 kHz eingestellt wird, ist der Verzögerungskoeffizient n = 2 und der Dämpfungskoeffizient ist b = 0,87. So wird der Verzögerungskoeffizient n abhängig von der speziellen Frequenz bestimmt. Der Verzögerungskoeffizient n wird abschließend dadurch bestimmt, dass die Frequenzen unter 4 kHz wegen des Rechenaufwands in vier Bereiche aufgeteilt werden und eine Einstellung unter Bezugnahme auf die durch die Gleichungen gegebenen Werte so ausgeführt wird, dass ein Phasenwinkel bei der Mittenfrequenz jedes Bereichs erhalten wird.
Die vom zweiten Phasenschieber abhängende Charakteristik wird durch eine Ersatzschaltung mit vereinfachtem Schaltkreis erhalten, wie sie in der Fig. 14 dargestellt ist. In ähnlicher Weise wie beim ersten Phasenschieber werden, wenn der Dämpfungskoeffizient einer Dämpfungseinrichtung 43L (43R) mit K bezeichnet wird, eine Übertragungsfunktion hL(Z) für den linken Kanal und eine Übertragungsfunktion hR(Z) für den rechten Kanal durch die unten angegebenen Gleichungen (40) und (41) erhalten. Das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 14L (14R) und das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 43L (43R) werden im Addierer 41L (41R) aufaddiert und an den zweiten Phasenschieber 20L (20R) geliefert:
hL(Z) = 0,7 + [acZ&supmin;¹/(1 - KZ&supmin;¹)] (40)
hR(Z) = -cZ&supmin;¹/(1 - KZ&supmin;¹) (41)
Die Übertragungsfunktion hTL(Z) des Ausgangssignals des Addierers 23L in der Fig. 1 und die Übertragungsfunktion hTR(Z) des Ausgangssignals des Addierers 23R sind denen gleich, die dadurch erhalten werden, dass die Übertragungsfunktionen HL(Z), HR(Z) des ersten Phasenschiebers zu hL(Z) bzw. hR(Z) addiert werden, ohne dass derselbe Term wiederholt wird, wobei die folgenden Ausdrücke erhalten werden:
hTL(Z) = 0,7 + abZ-n + [acZ&supmin;¹/(1 - KZ&supmin;¹)] (42)
hTR(Z) = [bZ-n + [cZ&supmin;¹/(1 - KZ&supmin;¹)]] (43)
Wenn die mit dem ersten Phasenschieber in Zusammenhang stehenden Zahlenwerte a, b und n in die Gleichungen (42) und (43) eingesetzt werden und die Übertragungsfunktion des Ausgangssignals des linken Kanals in Bezug auf das Ausgangssignal des rechten Kanals mit hRL(Z) bezeichnet wird, ist hRL wie folgt gegeben:
hRL(Z) = hTL(Z)/hTR(Z) (44)
Wenn Z = ejωT angenommen wird und c ein positiver Wert nicht größer als 1 ist, werden bei der Berechnung von K und c in der Gleichung für hRL die Werte K = 0,77 und c = 0,63 erhalten, wenn der Pegel 3 dB ist und die Phase 0,05 π ist.
Der Dämpfungskoeffizient jeder der Dämpfungseinrichtungen wird für den Fall erhalten, dass der erste und der zweite Phasenschieber vorhanden sind und die in der Fig. 10 dargestellte Schallbild-Verbesserungscharakteristik wird auf die oben genannte Weise erhalten. Für die Werte der Dämpfungskoeffizienten besteht keine Beschränkung auf die oben angegebenen Werte. Wenn K und c positive Werte nicht größer als 1 sind und sie so eingestellt sind, dass ein Überlauf bei den Rechenvorgängen in der Schaltung vermieden wird, wird die in der Fig. 10 dargestellte Schallbild-Verbesserungscharakteristik erhalten.
Die folgende Beschreibung erläutert, wie ein Schallbild dadurch zur Rückseite des Hörers gerichtet wird, dass der Pegel im Bereich des hohen Frequenzbands an die von der Übertragungsfunktion abhängige Charakteristik angenähert wird.
Ein hier unter Bezugnahme auf die Fig. 15 angegebenes Beispiel unterscheidet sich von der in der Fig. 1 dargestellten Struktur durch die folgenden Punkte 1) und 2). 1) Zwischen dem Addierer 23L und dem Ausgangsanschluss 7L ist ein Addierer 24L (dritte Summiereinrichtung) vorhanden, das Ausgangssignal L3 des zweiten Phasenschiebers 20L wird durch eine Verzögerungsschaltung 21L (Verzögerungs- und Abschwächungseinrichtung, verzögerte Phase und eine Abschwächungseinrichtung 22L (Verzögerungs- und Abschwächungseinrichtung, Dämpfungskoeffizient d) verzögert und gedämpft und in den Addierer 24L eingegeben, und es wird auch das Ausgangssignal RL2 des Addierers 23L in den Addierer 24L eingegeben. 2) Zwischen dem Addierer 23R und dem Ausgangsanschluss 7R ist ein Addierer 24R (dritte Summiereinrichtung) vorhanden, das Ausgangssignal R3 des zweiten Phasenschiebers 20R wird durch eine Verzögerungsschaltung 21R (Verzögerungs- und Dämpfungseinrichtung, verzögerte Phase Φ&sub3;) und eine Dämpfungseinrichtung 22R (Verzögerungs- und Dämpfungseinrichtung, Dämpfungskoeffizient d) verzögert und gedämpft und in den Addierer 24R eingegeben, und es wird auch das Ausgangssignal RL2 des Addierers 23R in den Addierer 24R eingegeben.
Beim oben genannten Aufbau wird ein an den Addierer 24 zu lieferndes Signal A = (R3 Φ&sub3;)·d wie folgt geschrieben:
A = c·d(SR - aSL + (1 - a)SC)( Φ&sub2; + Φ&sub3;) (45)
Ein an den Addierer 24L zu lieferndes Signal B = (L3.Φ&sub3;)·d wird wie folgt wiedergegeben:
B = c·d(SL - aSR + (1 - a)SC)( Φ&sub2; + Φ3) (46)
Demgemäß wird am Ausgangsanschluss 7R ein durch die untenstehende Gleichung (47) gegebenes Signal R4 ausgegeben, während am Ausgangsanschluss 7L ein durch die untenstehende Gleichung (48) ausgedrücktes Signal L4 ausgegeben wird:
R4 = SR + SC - b[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub1; - c·(SL - aSR + (1 - a)SC) Φ&sub2; + c·d(SR - aSL + (1 - a)SC)( Φ&sub2; + Φ&sub3;) ... (47)
L4 = SL + SC - b[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub1; - c·(SR - aSL + (1 - a)SC) Φ&sub2; + c·d(SL - aSR + (1 - a)SC)( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (48)
Wenn z. B. ein Schlagzeug, ein Klavier, ein Saxophon an der linken, rechten und vorderen, mittleren Position platziert sind, werden die Signale L4 und R4 durch die unten angegebenen Gleichungen (49) bzw. (50) ausgedrückt. Elemente mit derselben Funktion wie bei der oben genannten Ausführungsform werden mit demselben Code gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. Andere Bedingungen sind dieselben, wie sie oben angegeben sind.
L4 = SD + SS - b[SP - aSD + (1 - a)SS] Φ&sub1; - c·(SP - aSD + (1 - a)SS) Φ&sub2; + c·d(SD - aSP + (1 - a)SS)( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (49)
R4 = SP + SS - b[SD - aSP + (1 - a)SS] Φ&sub1; - c·(SD - aSP + (1 - a)SS) Φ&sub2; + c·d(SP - aSD + (1 - a)SS)( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (50)
In den Gleichungen (49) und (50) sind die Signale L4 und R4 wie folgt umschreibbar, wenn angenommen wird, dass SP = SS = 0 gilt, wenn nur Signale des Schlagzeugs entnommen werden:
L4 = SD + abSD Φ&sub1; + caSD Φ&sub2; + cdSD( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (51)
R4 = -[bSD Φ&sub1; + cSD Φ&sub2; + cdaSD( Φ&sub2; + Φ&sub3;)] ... (52)
Ähnlich wie bei den obigen Gleichungen (25) und (26) wird zum rechten Kanal zusätzlich zum Term mit der invertierten Phase ein weiterer Phasenterm ( Φ&sub2; + Φ&sub3;) addiert, und es wird ein Lautsprecherwinkel Θ zwischen 120º und 150º erhalten. Darüber hinaus werden das Band hoher Frequenzen und die Bänder mit mittleren und niedrigen Frequenzen dadurch korrigiert, dass der Dämpfungskoeffizient d zwischen 0,2 und 0,5 eingestellt wird.
Die Verzögerungsschaltung 21L und die Dämpfungseinrichtung 22L (oder die Verzögerungsschaltung 21R und die Dämpfungsschaltung 22R) bilden eine Art Kammfilter, und dessen Ersatzschaltung ist in der Fig. 16 dargestellt. Es sei angenommen, dass die Verzögerung N ist und der Dämpfungskoeffizient d ist und die Frequenzcharakteristik des Kammfilters auf Grundlage der Impulsantwort erhalten wird. Eine in der Fig. 16 dargestellte Übertragungsfunktion H(Z) ist wie folgt wiedergebbar:
H(Z) = 1 + d·Z-N (53)
Hierbei ist diese Gleichung (53) wie folgt umschreibbar, wenn Z = ejωt gilt:
H(ejωt) = 1 + d·e-jNωt = d(1 + e-jNωt) + (1 - d) (54)
Gemäß der Eulerschen Gleichung lässt sich die Gleichung (54) in die unten angegebene Gleichung (55) entwickeln:
H(ejωt) = d(2cos(Nωt/2)·e-jNωt/2) + (1 - d) (55)
Wie es aus der Gleichung (55) deutlich ist, ändert sich die Amplitude von H(ejNωt) auf 2d·cos(Nωt/2). Darüber hinaus wird, da e-jNωt/2 eine periodische Funktion aufweist, der Maximalwert (Spitzenwert) von H(ejNωt) zu (1 + d), der mit einem Punkt von (cos(Nωt/2) vergleichbar ist, während der Minimalwert (Talwert) zu (1 - d) wird, der mit einem Punkt von (cos(Nωt/2) vergleichbar ist. Dabei zeigt, wenn N ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist, das in der Fig. 16 dargestellte Kammfilter eine Frequenzcharakteristik, die periodisch variiert (Änderung mit einer Frequenz, die 1/8 der Abtastfrequenz fS entspricht), wie es in der Fig. 17 dargestellt ist. In der Fig. 17 ist die Anordnung dergestalt, dass N = 8 gilt.
Demgemäß ist es möglich, das hochfrequente Band und auch die Bänder mittlerer und niedriger Frequenzen dadurch zu korrigieren, dass das vom Addierer 23L ausgegebene Signal LR2 und das durch die Verzögerungsschaltung 21L und die Dämpfungseinrichtung 22L übertragene Signal B im Addierer 24L addiert werden und außerdem das vom Addierer 23R ausgegebene Signal RL2 und das durch die Verzögerungsschaltung 21R und die Dämpfungseinrichtung 22R übertragene Signal A im Addierer 24R addiert werden. Genauer gesagt, wird durch Einstellen des Werts der Verzögerung auf N = 8 und des Dämpfungskoeffizienten auf d = 0,4 das hochfrequente Band korrigiert, und der Pegel wird in einem Frequenzband zwischen einer tiefen Frequenz und 1,8 kHz in der Nähe von (-3 dB) stabilisiert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 18 erörtert die folgende Beschreibung eine andere Struktur, bei der eine Absenkung des zentralen Signalpegels durch den Phasenterm in den obigen Gleichungen (49) und (50) vermieden ist. Elemente mit derselben Funktion wie in der Fig. 15 werden mit demselben Code gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Die Struktur der Fig. 18 unterscheidet sich von der der Fig. 15 durch die folgenden zwei Punkte. Die Struktur der Fig. 18 beruht nämlich auf der Struktur der Fig. 15, und sie verfügt ferner über einen Addierer 27 zum Addieren des Ausgangssignals des Addierers 12L und des Ausgangssignals des Addierers 12R. In der Struktur der Fig. 18 ist, abweichend von der Struktur, bei der das Ausgangssignal des zweiten Phasenschiebers 20L (20R) unmittelbar an die Verzögerungsschaltung 21L (21R) geliefert wird, wie es in der Fig. 15 dargestellt ist, ein Addierer 28L (28R) zum Addieren des Ausgangssignals des zweiten Phasenschiebers 20L (20R) und des Ausgangssignals des Addierers 27 zusätzlich vorhanden, und das Ausgangssignal des Addierers 28L (28R) wird an die Verzögerungsschaltung 21L (21R) geliefert.
Gemäß der Struktur der Fig. 18 ist das Ausgangssignal (L1 + R1) des Addierers 27 wie folgt wiedergebbar:
(L1 + R1) = SD - aSP + (1 - a)SS + SP - aSD + (1 - a)SS = (1 - a)[SD + SP + 2SS] (56)
Ein in die Verzögerungsschaltung 21L einzugebendes Signal (L1 + R1 + L3) ist wie folgt wiedergebbar:
L1 + R1 + L3 = (1 - a)[SD + SP + 2SS] + c·(SD - aSP + (1 - a)SS) Φ&sub2; (57)
Ein Signal d(L1 + R1 + L3) Φ&sub3; wird an den Addierer 24L geliefert. Daher ist das Ausgangssignal L4 des Addierers 24L wie folgt angebbar:
L4 = LR2 + d(L1 + R1 + L3) Φ&sub3; = SS - b(1 - a)SS Φ&sub1; - c(1 - a)SS Φ&sub2; + dc(1 - a)SS( Φ&sub2; + Φ&sub3;) + 2d(1 - a)SS Φ&sub3; = R4 ... (58)
In der Gleichung (58) lässt sich, wenn die Phasen Φ&sub1; bis Φ&sub3; hinsichtlich der Frequenzkomponenten im mittleren und tiefen Frequenzband vernachlässigt werden (d. h. Φ&sub1; = Φ&sub2; = Φ&sub3; = Φ&sub2; + Φ&sub1; = 1), L4 wie folgt schreiben:
L4 = R4 = SS + (1 - a)[2d + dc - (b + c)]SS (59)
Indessen fiel die folgende Gleichung:
(1 - a)[2d + dc - (b + c)] = 0 (60)
Daher wird der zentrale Signalpegel nicht abgesenkt und die Lautstärke des zentralen Schalls wird, unabhängig vom Wert von a, automatisch korrigiert. Wenn z. B. a = 0,9, b = 0,9, c = 0,6 und d = 0,4 gelten, wird die Gleichung (1 - a)[2d + dc - (b + c)] = -0,046 erhalten. So ist es möglich, die Dämpfung beim Spannungsverhältnis auf ungefähr 0,4 dB zu verringern. Andererseits tritt bei der Struktur der Fig. 1 eine Dämpfung von ungefähr 1 dE im Spannungsverhältnis auf, da (1 - a)[dc - (b + c)] = -0,126 gilt. Der Pegel von ungefähr 0,4 dB ist ein vernachlässigbarer Pegel, der vom menschlichen Ohr kaum wahrgenommen werden kann.
In der obigen Beschreibung ist ein Beispiel erläutert, bei dem die Verarbeitung durch den ersten Phasenschieber und die Verarbeitung durch den zweiten Phasenschieber parallel ausgeführt werden. Als Nächstes erörtert die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 19 ein anderes Beispiel, bei dem die Verarbeitung durch den ersten Phasenschieber und diejenige durch den zweiten Phasenschieber aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Elemente mit derselben Funktion wie in der Fig. 15 werden mit demselben Code gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Die Struktur der Fig. 19 verfügt über einen Addierer 25L (25R) zum Addieren des Ausgangssignals einer Dämpfungseinrichtung 18L (18R) und des Ausgangssignals L2 (R2) des ersten Phasenschiebers 16L (16R), jedoch enthält sie den in der Struktur der Fig. 15 dargestellten Addierer 17R (17L) nicht. Das heißt, dass das Ausgangssignal L2 (R2) des ersten Phasenschiebers 16L (16R) an den Addierer 25L (25R) geliefert wird. Die Bezugszahlen in den Klammern entsprechen den Elementen des anderen Kanals.
Das Ausgangssignal L2' des Addierers 25L ist wie folgt wiedergebbar:
L2' = c·L1 + L2 = b[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub1; + c[SL - aSR + (1 - a)SC]... (61)
Wenn angenommen wird, dass L3' das Ausgangssignal des zweiten Phasenschiebers 20L ist, gilt die folgende Gleichung:
L3' = L2' Φ&sub2; = b[SL - aSR + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) + c[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub2;... (62)
Ein Ausgangssignal -L3' wird durch Invertieren der Phase des Ausgangssignals L3' erzeugt und dann an den Addierer 23R geliefert. Im Addierer 23R werden -L3' und ein Signal SR addiert. Wenn angenommen wird, dass RL2' das Ausgangssignal des Addierers 23R ist, gilt die folgende Gleichung:
RL2' = SR + SC - L3' = SR + SC - b[SL - aSR + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub2;... (63)
In ähnlicher Weise gelten hinsichtlich des rechten Kanals die folgenden Gleichungen, wenn das Ausgangssignals des Addierers 25R mit R2' bezeichnet wird, das Ausgangssignal des zweiten Phasenschiebers 22R mit R3' bezeichnet wird und das Ausgangssignal des Addierers 23L mit LR2' bezeichnet wird:
R2' = b[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub1; + c[SR - aSL + (1 - a)SC]... (64)
R3' = b[SR - aSL + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) + c[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub2;... (65)
LR2' = SL + SC - b[SR - aSL + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub2; ... (66)
Indessen wird das Ausgangssignal L3' des zweiten Phasenschiebers 20L ohne Invertierung durch die Verzögerungsschaltung 21L und die Dämpfungseinrichtung 22L an den Addierer 24L geliefert. Im Addierer 24L werden das Ausgangssignal L3' und das Signal LR2' addiert. Wenn das Ausgangssignal des Addierers 24L mit L4' bezeichnet wird, gilt die folgende Gleichung:
L4' = LR2' + d·(L3' Φ&sub3;) = SL + SC - b[SR - aSL + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c[SR - aSL + (1 - a)SC] Φ&sub2; + db[SL - aSR + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ3) + dc[SL - aSR + (1 - a)SC]( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (67)
In ähnlicher Weise gilt die folgende Gleichung, wenn das Ausgangssignal des Addierers 24R mit R4' bezeichnet wird:
R4' = RL2' + d·(R3' Φ&sub3;) = SR + SC - b[SL - aSR + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c[SL - aSR + (1 - a)SC] Φ&sub2; + db[SR - aSL + (1 - a)SC]( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) + dc[SR - aSL + (1 - a)SC]( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (68)
Hierbei werden die Signale L4 (siehe die Gleichung (48)) und R4 (siehe die Gleichung (47) bei der in der Fig. 15 dargestellten Parallelverarbeitung verglichen, und die Signale L4' (siehe die Gleichung (67)) und R4' (siehe die Gleichung (68)) werden in der in der Fig. 19 dargestellten sequenziellen Verarbeitung verglichen.
Es sei angenommen, dass durch Entnehmen nur der Komponenten SL aus den Signalen L4, R4, L4' und R4' erzeugte Signale (L4)L, (R4)L, (L4')L bzw. (R4')L sind:
(L4)L = SL + baSL Φ&sub1; + caSL Φ&sub2; + cdSL( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (69)
(R4)L = -bSL Φ&sub1; - cSL Φ&sub2; - cdaSL( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (70)
(L4')L = SL + baSL( Φ&sub1; + Φ&sub2;) + caSL Φ&sub2; + dbSL( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) + dcSL( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (71)
(R4')L = -bSL( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - cSL Φ&sub2; - dbaSL( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) - dcaSL( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (72)
Durch die Gleichungen (69) bis (72) werden im Wesentlichen dieselben Eigenschaften wie in der Fig. 15 dadurch erhalten, dass die Dämpfungskoeffizienten b und c und die Phasen so eingestellt werden, dass der zusammengesetzte Signalverlauf des Phasenterms von (L4')L näherungsweise dem zusammengesetzten Signalverlauf des Phasenterms von (L4)L entspricht und der zusammengesetzte Signalverlauf des Phasenterms von (R4')L näherungsweise dem zusammengesetzten Signalverlauf des Phasenterms von (R4)L entspricht.
Wie es aus den Gleichungen ersichtlich ist, verfügt die sequenzielle Verarbeitung (die Struktur der Fig. 19) über eine größere Anzahl von Phasentermen als die Parallelverarbeitung (die Struktur der Fig. 15). Darüber hinaus ist es durch die sequenzielle Verarbeitung möglich, die Phasenschiebung um ( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) zu erhöhen. So ist es möglich, die Position des virtuellen Lautsprechers in einem größeren Bereich leicht einzustellen.
Außerdem ist es bei sequenzieller Verarbeitung, abweichend von Parallelverarbeitung, nicht erforderlich, die Ausgangssignale der ersten Phasenschieber 16L und 16R zu invertieren und zu addieren. Im Ergebnis wird die Anzahl der Schritte bei digitaler Signalverarbeitung verringert, was die Hinzufügung anderer Funktionen erleichtert.
Es sei angenommen, dass durch Entnehmen nur der Komponenten 5C aus den Signalen L4' und R4' erzeugte Signale (L4')C bzw. (R4')C sind:
(L4')C = SC - b(1 - a)SC( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c(1 - a)SC Φ&sub2; + db(1 - a)SC( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) + dc(1 - a)SC( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (73)
(R4')C = SC - b(1 - a)SC( Φ&sub1; + Φ&sub2;) - c(1 - a)SC Φ&sub2; + db(1 - a)SC( Φ&sub1; + Φ&sub2; + Φ&sub3;) + dc(1 - a)SC( Φ&sub2; + Φ&sub3;)... (74)
Das heißt, es gilt (L4')C = (R4')C. Es zeigt sich, dass die durch Entnehmen nur der Komponenten SC erhaltenen Signale wie bei der Parallelverarbeitung zwischen dem linken und rechten Lautsprecher liegen. Ferner werden ähnliche Ergebnisse erhalten, wenn nur Komponenten SR auf dieselbe Weise wie bei der Entnahme nur der Komponenten SL aus den Signalen L4' und R4' entnommen werden. Daher wird hier eine detaillierte Erläuterung weggelassen.
Die folgende Beschreibung erörtert die Beziehung zwischen der Position des Hörers und den Positionen der Lautsprecher.
Wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, beruht die Beziehung zwischen der Position des Hörers und den Positionen der Lautsprecher auf der Positionierung des Hörers, der mit den Lautsprechern 10L und 10R auf Linien positioniert ist, die auf jeder Seite des Hörers unter 30º seitlich nach außen und vorne gerichtet sind. Wenn der Abstand zwischen dem Hörer und dem Lautsprecher 10L sowie der Abstand zwischen dem Hörer und dem Lautsprecher 10R einander gleich sind, werden die virtuellen Lautsprecher 10L' und 10R' am effektivsten hinter dem Hörer positioniert. Der Grund dafür besteht darin, dass die Phasendifferenz variiert, da ein an der Position des Hörers durch Signale verschiedener Phasen von den Lautsprechern 10L und 10R zusammengesetzter Schall so verarbeitet wird, dass er die virtuellen Lautsprecher simuliert, wenn der Abstand zwischen dem Hörer und dem Lautsprecher 10L sowie der Abstand zwischen dem Hörer und dem Lautsprecher 10R nicht gleich sind. Demgemäß können kaum virtuelle Lautsprecher simuliert werden.
Hinsichtlich der Realisierung eines Lautsprecherwinkels von 30º existiert eine Beschränkung bei der Änderung der Position des Hörers in den Richtungen nach links und rechts und den Richtungen nach vorne und hinten. Genauer gesagt, kann sich der Hörer ausgehend von der Mittellinie zwischen dem linken und rechten Lautsprecher 10L und 10R um im Wesentlichen 20 cm bis 30 cm nach links bzw. rechts bewegen, was den Köpfen zweier Personen entspricht. Hinsichtlich der Begrenzung in den Richtungen nach vorne und nach hinten in Bezug auf den Hörer kann sich derselbe um einen Weg von maximal ungefähr 5 m und minimal ungefähr 30 cm ausgehend von den Vorderseiten der Lautsprecher 10L und 10R bewegen, obwohl die Werte abhängig vom Zustand des Raums, in dem den Lautsprechern zugehört wird, und der Lautstärke der Lautsprecher variiert.
Der Lautsprecherwinkel wird im Bereich von einem Minimalwert von ungefähr 5º bis zu einem Maximalwert von ungefähr 60º durch Einstellen des zweiten Phasenschiebers 20L und der Dämpfungseinrichtung 18L (des zweiten Phasenschiebers 20R und der Dämpfungseinrichtung 18R) variiert (siehe die Fig. 20).
Die oben genannte Struktur ist in der Fig. 20 veranschaulicht. Die Winkel des linken und rechten Lautsprechers sind unter 30º gerichtet. Wenn der Lautsprecherwinkel auf 30º fixiert ist, entspricht die Begrenzung beim Positionieren eines aktuellen Lautsprechers hinter dem Hörer der Begrenzung dann, wenn die Position des Hörers um im Wesentlichen 20% des Abstands von den Vorderseiten der Lautsprecher 10L und 10R zum Hörer nach vorne oder hinten verschoben wird. Andererseits registriert ein Benutzer, wenn der Lautsprecherwinkel nicht fixiert ist, die Position des Hörers, und das Ausmaß der Verschiebung durch den zweiten Phasenschieber 20L und des Dämpfungskoeffizienten der Dämpfungseinrichtung 13 (der Wert der Verschiebung durch den zweiten Phasenschieber 20R und der Dämpfungskoeffizient der Dämpfungseinrichtung 20L) werden abhängig von der registrierten Position eingestellt, um dadurch virtuelle Lautsprecher hinter dem Hörer zu simulieren.
Das heißt, dass die virtuellen Lautsprecher dadurch hinter dem Hörer simuliert werden, dass das Ausmaß der Verschiebung durch den zweiten Phasenschieber verringert wird, wenn der Lautsprecherwinkel vergrößert wird und das Ausmaß der Verschiebung vergrößert wird, wenn der Lautsprecherwinkel verringert wird. Wenn jedoch der Lautsprecherwinkel auf nahezu 5º verringert wird, tritt erhöhtes Übersprechen auf, wenn Schall vom linken und rechten Lautsprecher 10L und 10R die Ohren des Hörers erreicht. Im Ergebnis besteht die Wahrscheinlichkeit, dass das Schallbild hinter dem Hörer verlorengeht, und ein Verbreitern des Schalls, insbesondere von Schall in den Bändern mittlerer und hoher Frequenzen, ist behindert.
Als Nächstes wird ein Prozess zum Registrieren der Position des Hörers erläutert. Als Erstes werden die Lautsprecherwinkel im Bereich von 10º bis 60º gleichmäßig unterteilt und mit vorregistrierten Ausmaßen der Verschiebung und der Dämpfung in Übereinstimmung gebracht. Die Position des Hörers wird leicht dadurch registriert, dass Zahlenwerte eingegeben werden, die gewünschten Werten entsprechen, oder die gewünschten Werte unter Verwendung einer Einstelleinrichtung ausgewählt werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 21 und 22 erörtert die folgende Beschreibung ein Beispiel zur Simulation der Wahrnehmung eines Schallfelds bei einer Lifeaufführung durch Reproduzieren von Nachhalltönen von vorne, hinten und den Seiten unter Verwendung von nur zwei Frontlautsprechern durch geeignetes Mischen von Nachhallsignalen in zwei Kanälen. Die in der Fig. 21 dargestellte Schallbildverbesserungsvorrichtung kann über eine der Strukturen der oben genannten Schallverbesserungsvorrichtungen verfügen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist, wie es in der Fig. 21 dargestellt ist, eine Schaltung 29 zum Erzeugen von Nachhall-Tonsignalen (Erzeugungseinrichtung für Nachhall-Tonsignale) in der Frontstufe der Schallverbesserungsvorrichtung 1 vorhanden. Zum Beispiel hat die Schaltung 29 zum Erzeugen eines Nachhall-Tonsignals die in der Fig. 22 dargestellte Struktur. Bei dieser Struktur verfügt die Reihe im linken Kanal über eine Verzögerungsspeichergruppe 61, mehrere Dämpfungseinrichtungen 62 bis 67 sowie mehrere Addierer 60, 68, 69 und 70, während die Reihe für den linken Kanal eine Verzögerungsspeichergruppe 72, mehrere Dämpfungseinrichtungen 73 bis 78 sowie mehrere Addierer 71, 79, 80 und 81 aufweisen.
über einen Eingangsanschluss 29a (29b) wird ein Stereosignal L (R) von der Schallquelle 8 in den Addierer 60 (71) eingegeben. Im Addierer 60 (71) werden das Stereosignal L (Stereosignal R) und das Ausgangssignal der Dämpfungseinrichtung 67 (78) addiert und an die Verzögerungsspeichergruppe 61 (72) geliefert.
Zum Beispiel beinhaltet die Verzögerungsspeichergruppe 61 (72) einen ersten Speicher 61a (72a) bis einem fünften Speicher 61e (72e). Das eingegebene Summensignal wird als Erstes in den ersten Speicher 61a (72a) eingespeichert. Eine gewünschte Verzögerungszeit wird dadurch erhalten, dass eine Adresse des ersten Speichers 61a (72a) nach dem Verstreichen der gewünschten Zeit eingestellt wird und das gespeicherte Signal ausgelesen wird. Dem zweiten Speicher 71b (72b) bis fünften Speicher 61e (72e) zugeordnete Adressen sind voneinander verschieden. Daher werden gewünschte Verzögerungszeiten dadurch erhalten, dass das Summensignal zu einem gewünschten Zeitpunkt ausgelesen wird, der dadurch abgespeichert wurde, dass die jeweiligen Adressen nach dem Verstreichen der gewünschten Zeiten eingestellt wurden.
Das Ausgangssignal des fünften Speichers 61e (72e) wird mit einem vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten der Dämpfungseinrichtung 67 (78) gedämpft, an den Addierer 60 (71) geliefert und zum Stereosignal L (Stereosignal R) addiert. Wenn das Ausgangssignal des fünften Speichers 61e (72e) eine den ersten Speicher 61a (72a) rückgeführt wird, werden kontinuierlich Nachhall- Tonsignale erzeugt.
Das aus dem ersten Speicher 61a (72a) ausgelesene Signal wird in die Dämpfungseinrichtung 62 (73) eingegeben, um einen vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten gedämpft und an den Addierer 68 (79) geliefert. Das aus dem zweiten Speicher 61b (72b) ausgelesene Signal wird an die Dämpfungseinrichtung 63 (74) eingegeben, mit einem vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten gedämpft und an den Addierer 68 (79) geliefert.
Im Addierer 68 (79) werden die Ausgangssignale der Dämpfungseinrichtungen 62 und 63 (73 und 74) aufaddiert und an den Addierer 69 (80) geliefert. Im Addierer 69 (80) werden das Ausgangssignal des Addierers 68 (79) und das aus dem dritten Speicher 61c (72c) ausgelesene und mit einem vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten gedämpfte Signal aufaddiert und als erstes Nachhall- Tonsignal vom Ausgangsanschluss 29c (29f) an den als sechste Summiereinrichtung wirkenden Addierer 30L (30R) geliefert.
Im Addierer 30L (30R) werden das Stereosignal L (Stereosignal R) und das erste Nachhall-Tonsignal aufaddiert, das sich ergebende Signal wird zu einem Schallbild-Anhebesignal vom Ausgangsanschluss 7L (7R) in linken Kanal (rechten Kanal) der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 addiert und an die Lautstärke-Steuerungseinrichtung VRL (VRR) geliefert. Das erste Nachhall- Tonsignal wird als von vorne reflektierter Schall verwendet.
Andererseits werden vom vierten Speicher 61d (72d) und fünften Speicher 61e (72e) ausgelesene Signale in der Dämpfungseinrichtung 65 (76) bzw. der Dämpfungseinrichtung 66 (77) mit vorbestimmtem Dämpfungskoeffizienten gedämpft, im Addierer 70 (81) addiert und als zweites Nachhall-Tonsignal vom Ausgangsanschluss 29d (29e) an den Eingangsanschluss 2L (2R) des linken Kanals (rechten Kanals) der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1, in der eine Schallbild-Verbesserungsverarbeitung ausgeführt wird, geliefert. Das zweiten Nachhall-Tonsignal wird als von hinten reflektierter Schall verwendet.
Das Ausgangssignal des Addierers 30L (30R) wird an den als siebte Summiereinrichtung wirkenden Addierer 31L (31R) geliefert und zu einem Ausgangssignal addiert, an dem eine Schallbild-Verbesserungsverarbeitung auf Grundlage des zweiten Nachhall-Tonsignals von der Schallbildverbesserungsvorrichtung 1 ausgeführt wurde. Das Ausgangssignal des Addierers 31L (31R) wird über die Lautstärke-Steuerungseinrichtung VRL VRR) und den Verstärker 9L (9R) an den Lautsprecher 10L (10R) geliefert.
Bei dieser Ausführungsform ist die Reihe im linken Kanal erläutert. Die Reihe im rechten Kanal wird auf dieselbe Weise erläutert, und in Klammern angegebene Zahlen entsprechen der Reihe im rechten Kanal.
Bei der oben genannten Struktur wird das Summensignal aus dem ersten Nachhall-Tonsignal und dem Stereosignal L ein durch den Frontlautsprecher 10L reproduzierter Nachhallschall. Das zweite Nachhall-Tonsignal, an dem eine Schallbild-Verbesserungsverarbeitung ausgeführt wurde, wird zu durch einen virtuellen hinteren linken Lautsprecher reproziertem Nachhallschall.
In ähnlicher Weise wird das Summensignal aus dem ersten Nachhall-Tonsignal und dem Stereosignal R ein durch den Frontlautsprecher 10R reproduzierter Nachhallschall. Das zweite Nachhall-Tonsignal, an dem eine Schallbild-Verbesserungsverarbeitung ausgeführt wurde, wird zu durch einen virtuellen hinteren rechten Lautsprecher reproduziertem Nachhallschall.
Demgemäß wird ein weit verbessertes, die Wahrnehmung einer Lifeaufführung simulierendes Schallfeld im Vergleich zu dem beim Stand der Technik erzielt, bei dem Nachhallschall unter Verwendung von zwei Lautsprechern hinzugefügt wird. Außerdem werden Effekte erzeugt, die ähnlich der Wiedergabe von Nachhallschall durch Hintergrundlautsprecher sind. Ferner wird die Wahrnehmung einer Lifeaufführung einfach mit einer verringerten Anzahl zeitaufwendiger Arbeiten, wie Schreibvorgängen, im Vergleich zur Verwendung von vier Lautsprechern, simuliert.
Es ist erforderlich, die Verzögerung des ersten Nachhall-Tonsignals kleiner als diejenige des zweiten Nachhall-Tonsignals einzustellen. Durch diese Anordnung wird ein um einen größeren Wert verzögertes Signal von den hinteren virtuellen Lautsprechern reproduziert, um dadurch ein natürlicheres Schallfeld zu erzielen. Die Anzahl der Dämpfungseinrichtungen (die Anzahl der Verzögerungseinrichtungen) zum Erhalten des ersten Nachhall-Tonsignals ist nicht speziell auf die oben genannte Anzahl drei begrenzt.
Darüber hinaus besteht für die Anzahl der Dämpfungseinrichtungen (die Anzahl der Verzögerungseinrichtungen) zum Erhalten des zweiten Nachhall-Tonsignals keine spezielle Beschränkung auf die oben genannte Zahl zwei. Das heißt, dass dann, wenn die Verzögerungswerte für das erste und zweite Nachhall-Tonsignal der oben genannten Beziehung genügen, die Anzahl von Dämpfungseinrichtungen frei änderbar ist. Außerdem ist bei den oben genannten Ausführungsformen der linke oder der rechte Kanal als unabhängige Verzögerungsspeichergruppe erläutert. Jedoch ist es möglich, das erste und zweite Nachhall-Tonsignal z. B. dadurch zu erhalten, dass die Stereosignale L und R in beiden Kanälen gemischt werden. Es ist auch möglich, ein Verzögerungsausgangssignal des linken Kanals als Nachhall-Tonsignals des rechten Kanals zu verwenden. Das heißt, dass Strukturen zum Erhalten des ersten und zweiten Nachhall-Tonsignals in geeigneter Weise abhängig von einem gewünschten Schallfeld ausgewählt werden.

Claims

1. Schallbildverbesserungsvorrichtung (1) zum Reproduzieren von Zweikanal-Stereosignalen mittels Lautsprechern (10L, 10R), die für jeden Kanal (L, R) Folgendes aufweist:

- eine Zusatzsignal-Erzeugungseinrichtung (12L, 12R) zum Subtrahieren, von einem Stereoeingangssignal (L&sub0;, R&sub0;) in einem der zwei Kanäle (L, R), eines Stereoeingangssignals im anderen Kanal (R, L), das mit einem ersten Dämpfungskoeffizienten gedämpft wurde, und zum Ausgeben des sich ergebenden Signals als zusätzliches Signal (L&sub1;, R&sub1;);

- eine erste Phasenschiebeeinrichtung (14L, 15L, 16L, 14R, 15R, 16R) zum Dämpfen des zusätzlichen Signals (L&sub1;, R&sub1;) um einen zweiten Dämpfungskoeffizienten und zum Einführen einer vorbestimmten Phasenschiebung in das gedämpfte Signal (L&sub2;, R&sub2;);

- eine zweite Phasenschiebeeinrichtung (20L, 20R) zum Dämpfen des zusätzlichen Signals mit einem dritten Dämpfungskoeffizienten, zum Korrigieren der Frequenzcharakteristik desselben und zum Einführen einer vorbestimmten Phasenverschiebung in das sich ergebende Signal (L&sub3;, R&sub3;);

- eine erste Summiereinrichtung (17L, 17R) zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals der ersten Phasenschiebeeinrichtung (16L, 16R) und zum Addieren des invertierten Ausgangssignals zum Stereoeingangssignal (R&sub0;, L&sub0;) im anderen Kanal; und

- eine zweite Summiereinrichtung (23L, 23R) zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals der zweiten Phasenschiebeeinrichtung (20L, 20R), zum Addieren des invertierten Ausgangssignals zum Ausgangssignal (LR&sub1;, RL&sub1;) der ersten Summiereinrichtung (17L, 17R) und zum Liefern der sich ergebenden Summe an den Lautsprecher (10R, 10L) im anderen Kanal.

2. Schallbildverbesserungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Phasenschiebeeinrichtung Folgendes aufweist:

(1) mehreren Bandpasseinrichtungen (16L&sub1;, 16L&sub2;, ..., 16R&sub1;, 16R&sub2;, ...) für vorbestimmte Frequenzbänder zum Durchlassen nur von Eingangssignalen innerhalb der vorbestimmten Frequenzbänder;

(2) Verzögerungseinrichtungen (16L&sub5;, 16L&sub6;, ..., 16R&sub5;, 16R&sub6;, ...) zum Einführen einer vorbestimmten Phasenverzögerung in das Ausgangssignal jeder der Bandpasseinrichtungen; und

(3) eine vierte Summiereinrichtung (16L&sub9;) zum Aufaddieren der Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtungen;

- wobei die zweite Phasenschiebeeinrichtung ein digitales Tiefpassfilter vom IIR-Typ aufweist.

3. Schallbildverbesserungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Phasenschiebeeinrichtung Folgendes aufweist:

- mehrere Bandpassfilter (16L&sub1;, 16L&sub2;, ..., 16R&sub1;, 16R&sub2;, ...) zum Unterteilen von Eingangssignalen entsprechend vorbestimmten Frequenzbändern; und

- eine Verzögerungsschaltung (16L&sub5;, 16L&sub6;, ..., 16R&sub5;, 16R&sub6;) zum Verzögern der Ausgangssignale der Bandpassfilter zum Einführen von Phasenverschiebungen.