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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung,
und genauer auf eine Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung, die
Klangbildlokalisierung realisieren und Halleffekte aufweisen kann.
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STAND DER
TECHNIK
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Wenn
stereophoner Klang auf eine derartige Weise reproduziert wird, um
ein Klangfeld vorzusehen, das sich hinter einen Zuhörer ausweitet,
oder um ein Klangbild hinter einem Zuhörer zu lokalisieren, sind konventionell
zwei vordere Lautsprecher vor einem Zuhörer für eine stereophone Klangreproduktion
und mindestens ein oder zwei hintere Lautsprecher zusätzlich hinter
dem Zuhörer
für eine
Umgebungsklangreproduktion angeordnet; mit anderen Worten müssen mindestens
drei Lautsprecher als das Minimum um einen Zuhörer herum angeordnet sein.
In dem Fall, wo Umgebungsklang auf der Basis eines Ein-Systemumgebungssignal reproduziert
wird, oder ein mittlerer Kanal zusätzlich erforderlich ist, um
reproduziert zu werden, wie in dem Fall des 3-1-Systems eines hochauflösenden Fernsehers
(high vision high definition, HDTV), müssen ferner ein oder zwei zusätzliche
mittlere Lautsprecher angeordnet sein. Deshalb sind Verstärker und
Kabel entsprechend den Zahlen der reproduzierten Kanäle erforderlich.
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US-Patent
Nr. 5,572,591 (erteilt an Hiroko Numazu et al am 5. November 1996)
legt eine Klangfeldsteuereinrichtung zum Re produzieren von Klangeffekten
zur Verwendung in einer Audioausrüstung oder in einer audio-visuellen
(AV) Ausrüstung
offen.
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1 und 2 sind Ansichten zum Zeigen konventioneller
Umgebungssignalprozessoren. Wie z. B. in 1 gezeigt, war es in dem Fall der Umgebungsklangreproduktion
notwendig, jeweils zwei vordere L(links)- und R(rechts)-Kanallautsprechermengen
für stereophonen
Klang an vorderen linken und rechten Seiten eines Zuhörers LM,
zwei hintere SL(Umgebung links)- und SR(Umgebung rechts)-Kanallautsprechermengen
für Umgebungsklang
an dessen hinteren linken und rechten Seiten und ferner einen C(mittleren)-Kanallautsprecher
in dessen vorderer Mitte anzuordnen.
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Da
es jedoch schwierig ist, die zwei hinteren Lautsprecher und den
mittleren Lautsprecher angesichts von Raum und Kosten in Wohnungen
oder Fahrzeugen anzuordnen, wie in 2 gezeigt,
werden in der Praxis nur L- und R-Kanallautsprecher an den vorderen
linken und rechten Seiten eines Zuhörers LM installiert. In dieser
Lautsprecheranordnung ist es unmöglich
geworden, einen ausreichenden Umgebungsklangeffekt zu erzielen.
In dem Fall des Umgebungsreproduktionssystems unter Verwendung insbesondere
eines monophonen Umgebungssignals war es unmöglich, derartige Effekte, wie
oben beschrieben, ohne Anordnung der hinteren Lautsprecher zu erreichen,
obwohl dieses System ein derartiges Merkmal aufweist, dass ein Klangfeld
an der hinteren Seite eines Zuhörers
erreicht werden kann oder das Klangbild verschoben werden kann.
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OFFENLEGUNG
DER ERFINDUNG
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Deshalb
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, für den Zweck einer Lösung der
oben erwähnten Probleme
eine Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 vorzuse hen,
die Klangbildlokalisierung realisieren und Halleffekte aufweisen
kann.
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Um
das Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen,
wobei die Vorrichtung umfasst:
linke und rechte Impulsmesssektionen
zum Messen linker und rechter Impulse einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
für ein
Eingangsaudiosignal basierend auf einer Zahl einer Vielzahl von
Gittern, die in einem dreidimensionalen Raum definiert sind, horizontalen
und vertikalen Winkeln, die durch einen Mittelpunkt eines Dummy-Kopfes
und die Vielzahl von Gittern definiert werden;
linke und rechte
Konvolutionsoperatoren zum Verwinden von Signalen eines linken und
rechten Kanals des Eingangsaudiosignals mit den linken und rechten
Impulsen der kopfbezogenen Übertragungsfunktion
von den linken bzw. rechten Impulsmesssektionen, um ein Klangabbild
für das
Eingangsaudiosignal in einer Ziellokalisierungsposition in dem dreidimensionalen
Raum zu lokalisieren; und
linke und rechte Hallgeräte zum Übermitteln
erster und zweiter reflektierender Klänge zu den Signalen eines linken
und rechten Kanals des Eingangsaudiosignals von den linken bzw.
rechten Konvolutionsoperatoren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
die Klangbilder der Umgebungssignale an zwei unterschiedlichen hinteren
Positionen getrennt von den zwei vorderen Positionen, an denen ein
Paar von Lautsprechern angeordnet ist, auf der Basis der Klangsignale,
die durch Lautsprecher reproduziert werden, zu lokalisieren. Die
vorliegende Erfindung versieht einen Zuhörer auch mit einem Gefühl einer
Anwesenheit, als ob er der Musik in einem anderen Klangfeld, wie
etwa einer großen
Konzerthalle, einer Kirche oder eines Stadions zuhört, ungeachtet
der Tatsache, dass er sich tatsächlich
in einem gewöhnlichen
Raum, einem Zuhörerraum oder
einem Fahrzeug befindet.
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Andere
Ziele und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus
der detaillierten Beschreibung offensichtlich, wenn in Verbindung
mit den angefügten
Zeichnungen gelesen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung offensichtlicher, wenn in Verbindung mit
den begleitenden Zeichnungen aufgenommen, worin:
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1 und 2 Ansichten zum Zeigen konventioneller
Umgebungssignalprozessoren sind;
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3 ein Blockdiagramm zum
Zeigen einer Konfiguration einer Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine Ansicht ist, die
ein Prinzip zum Messen linker und rechter Impulse einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
in einem dreidimensionalen Raum durch die Messsektionen eines rechten
und linken Impulses, gezeigt in 3,
zeigt;
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5 einen Blockdiagramm zum
Zeigen eines Beispiels des Hallgerätes ist, das in 3 gezeigt wird;
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6A ein Blockdiagramm zum
Zeigen eines Beispiels des Kammfilters ist, der in 5 gezeigt wird;
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6B eine Grafik zum Zeigen
der Impulsreaktionscharakteristik des Kammfilters ist, der in 5A gezeigt wird;
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7A ein Blockdiagramm zum
Zeigen eines Beispiels eines Allpassfilters ist, der in 5 gezeigt wird;
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7B eine Grafik zum Zeigen
der Impulsreaktionscharakteristik des Allpassfilters ist, der in 7A gezeigt wird; und
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8 eine Ansicht zum Veranschaulichen
eines Umgebungssignalverarbeitungsverfahrens ist, das eine Vorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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BESTER MODUS
ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hierin nachstehend detailliert mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 3 zeigt eine Konfiguration einer Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung 30 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung 30 inkludiert
Messsektionen für
linke und rechte Impulse 302 und 304, linke und rechte
Konvolutionsoperatoren 306 und 308 und linke und
rechte Hallgeräte 310 und 312.
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4 zeigt ein Verfahren zum
Messen von linken und rechten Impulsen einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
in einem dreidimensionalen Raum durch die Messsektionen für linke
und rechte Impulse, die in 3 gezeigt
werden. Die Messsektionen für
linke und rechte Impulse 302 und 304 messen linke
und rechte Impulse hL(θi, φj, n) und hR(θi, φj, n) einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
(head related transfer function, HRTF) für ein Eingangsaudiosignal u(m)
basierend auf einer Zahl n einer Vielzahl von Gittern, die in dem
dreidimensiona len Raum 402 definiert sind, horizontalen
und vertikalen Winkeln θi und φj, die durch einen Mittelpunkt C eines Dummy-Kopfes DH und einen
Mittelpunkt der Vielzahl von Gittern 404 definiert sind.
Das θi repräsentiert
einen horizontalen Winkel, der durch den Mittelpunkt C des Dummy-Kopfes
DH und die Mittelpunkte P von jedem von der Vielzahl von Gittern
definiert wird, φj repräsentiert
einen vertikalen Winkel, der durch den Mittelpunkt C des Dummy-Kopfes
DH und die Mittelpunkte P der Vielzahl von Gittern 404 (in 4 wird nur eines gezeigt)
definiert wird, und n repräsentiert
eine Gesamtzahl von Gittern. Der Dummy-Kopf DH befindet sich in
einem Mittelpunkt des dreidimensionalen Raumes 402. Der
dreidimensionale Raum 402 wird in eine Vielzahl von horizontalen
Ebenen durch einen horizontalen Winkel θi (wobei
i = 1, 2, 3, 4, ..., N ist) und eine Vielzahl von vertikalen Ebenen
durch einen vertikalen Winkel φj (j = 1, 2, 3, 4, ..., M) unterteilt, um
N × M
(wobei N und M ganze Zahlen größer als
4 sind) Gitter zu definieren.
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Die
linken und rechten Konvolutionsoperatoren
306 und
308 verwinden
Kanalsignale einer linken und rechten Seite L und R des Eingangsaudiosignals
u(m) mit den linken und rechten Impulsen h
L(θ
i, φ
j, m) und h
R(θ
i, φ
j, m) der kopfbezogenen Übertragungsfunktion von den
Messsektionen für
linke und rechte Impulse
302 bzw.
304, um ein
Klangbild für
das Eingangsaudiosignal u(m) in einer Ziellokalisierungsposition
in dem dreidimensionalen Raum
402 zu lokalisieren. Die
Ausgaben O
L(θ
i, φ
j, m) und O
R(θ
i, φ
j, m) der linken und rechten Konvolutionsoperatoren
306 und
308 werden
wie folgt definiert:
und
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Die
linken und rechten Hallgeräte 310 und 312 geben
erste und zweite Hallklänge
zu den Signalen eines linken und rechten Kanals L und R des Eingangsaudiosignals
u(m) von den linken und rechten Konvolutionsoperatoren 306 bzw. 308 weiter.
Die Ausgaben RL und RL der
linken und rechten Hallgeräte 310 und 312 sind
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5 zeigt ein Beispiel des
in 3 gezeigten Hallgerätes. Die
linken und rechten Hallgeräte 310 und 312 inkludieren
jedes eine Vielzahl von Kammfiltern 502 zum Kammfiltern
des Eingangsaudiosignals u(m), um frühe reflektierte Klänge zu erhalten,
einen Addierer 504 zum gemeinsamen Addieren der Ausgangssignale der
Vielzahl von Kammfiltern 502 und einen Allpassfilter 506 zum
Filtern des Ausgangssignals des Addierers, um einen späten reflektierten
Klang zu erhalten.
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6A zeigt ein Beispiel eines
Kammfilters 502, der in 5 gezeigt
wird, und 6B zeigt die
Impulsreaktionscharakteristik des Kammfilters 502, der
in 5A gezeigt wird.
Die Vielzahl von Kammfiltern 502 inkludieren jeder einen
ersten Zuwachsverstärker 602,
eine Verzögerungsschaltung 604,
einen zweiten Zuwachsverstärker 606 und
einen Addierer 608. Die Vielzahl von Kammfiltern 502 hat
jeder eine Übertragungs funktion
H(z) = g1 + g2·z–3.
Jeder der Kammfilter 502 kann von der gleichen Funktion
wie ein anderer sein.
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Der
erste Zuwachsverstärker 602 empfängt und
verstärkt
zuerst das Ausgangssignal von einem der linken und rechten Konvolutionsoperatoren 310 und 312 um
einen ersten vorbestimmten Zuwachs g1. Die Verzögerungsschaltung 604 verzögert das
Ausgangssignal von einem der linken und rechten Konvolutionsoperatoren 310 und 312,
das durch den ersten Zuwachsverstärker 602 empfangen
wird, um eine vorbestimmte Zeit. Der zweite Zuwachsverstärker 606 verstärkt als
zweites das verzögerte
Signal von der Verzögerungsschaltung 604 um
einen zweiten vorbestimmten Zuwachs g2. Der Addierer 608 addiert
das zweite verstärkte
Signal von dem zweiten Zuwachsverstärker 606 zu dem ersten
verstärkten
Signal von dem ersten Zuwachsverstärker 602, um den frühen reflektierten
Klang g1 + g2·z–3
zu erhalten, wie in 6B gezeigt.
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7A zeigt ein Beispiel des
Allpassfilters 506, der in 5 gezeigt
wird, und 7B zeigt die
Impulsreaktionscharakteristik des Allpassfilters 506, der
in 7A gezeigt wird.
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Der
Allpassfilter
506 inkludiert einen ersten Zuwachsverstärker
702,
einen ersten Addierer
704, eine Verzögerungsschaltung
706,
einen zweiten Addierer
708 und einen zweiten Zuwachsverstärker
710.
Der Allpassfilter
506 hat eine Übertragungsfunktion. Der erste
Zuwachsverstärker
702 empfängt und
verstärkt
das Ausgangssignal des Addierers
504 um einen vorbestimmten
Zuwachs g. Der erste Addierer
704 addiert ein Rückkopplungssignal
zu dem Ausgangssignal des Addierers, das durch den ersten Zuwachsverstärker
702 empfangen
wird. Die Verzögerungsschaltung
706 verzögert das
erste addierte Signal von dem ersten Addierer um eine vorbestimmte
Zeit. Der zweite Addierer
708 addiert das verzögerte Signal
von der Verzöge rungsschaltung
706 zu
dem verstärkten
Signal von dem ersten Zuwachsverstärker
702, um den späten reflektierten
Klang
zu generieren, wie in
7B gezeigt. Der zweite Zuwachsverstärker
710 verstärkt das
zweite addierte Signal von dem zweiten Addierer
708 um
einen zweiten vorbestimmten Zuwachs –g, um das Rückkopplungssignal zu
generieren.
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Hierin
nachstehend wird ein Betrieb der Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung
und das Umgebungssignalverarbeitungsverfahren gemäß 8 vorgestellt. 8 veranschaulicht ein Umgebungssignalverarbeitungsverfahren,
das eine Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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In
Schritt S801 messen die Messsektionen für linke und rechte Impulse 302 und 304 linke
und rechte Impulse hL(θi, φj, n) und hR(θi, φj, n) einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
für ein
Eingangsaudiosignal u(m) basierend auf einer Zahl n einer Vielzahl
von Gittern, die in dem dreidimensionalen Raum 402 definiert sind,
horizontalen und vertikalen Winkeln θi und φj, die durch einen Mittelpunkt C des dreidimensionalen
Raumes 402 und die Vielzahl von Gittern 404 definiert
werden. Die linken und rechten Impulse hL(θi, φj, n) und hR(θi, φj, n) einer kopfbezogenen Übertragungsfunktion
für das
Eingangsaudiosignal von den Messsektionen für linke und rechte Impulse 302 und 304 werden
linken und rechten Konvolutionsoperatoren 306 bzw. 308 bereitgestellt.
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In
Schritt S802 verwinden die linken und rechten Konvolutionsoperatoren 306 und 308 Signale
einer linken und rechten Seite L und R des Eingangsaudiosignals
mit den linken und rechten Impulsen hL(θi, φj, n) und hR(θi, φj, n) der kopfbezogenen Übertragungsfunktion von den
Messsektionen für
linke und rechte Impulse 302 bzw. 304, um ein
Klangbild für
das Eingangsaudiosignal in einer Ziellokalisierungsposition in dem
dreidimensionalen Raum 402 zu lokalisieren. Die Ausgaben
OL(θi, φj, m) und OR(θi, φj, m) von linken und rechten Konvolutionsoperatoren 306 und 308 sind
wie folgt definiert:
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Die
Ausgaben OL(θi, φj, m) und OR(θi, φj, m) von linken und rechten Konvolutionsoperatoren 306 und 308 werden
den linken und rechten Hallgeräten 310 bzw. 312 bereitgestellt.
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In
Schritt S803 geben die linken und rechten Hallgeräte
310 und
312 einen
ersten und zweiten Hallklang
zu den Signalen einer linken
und rechten Seite L und R des Eingangsaudiosignals u(m) von den
linken und rechten Konvolutionsoperatoren
306 bzw.
308 weiter.
Die Ausgaben R
L und R
L der
linken und rechten Hallgeräte
310 und
312 sind
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Wie
oben beschrieben, ist es in der Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Klangbilder der Umgebungssignale in zwei unterschiedlichen hinteren
Positionen getrennt von den zwei vorderen Positionen, in denen ein
Paar von Lautsprechern angeordnet ist, auf der Basis der Klangsignale,
die durch Lautsprecher reproduziert werden, zu lokalisieren. Deshalb
ist es möglich,
zwei Pseudoumgebungssignale von einem Paar von virtuellen hinteren
Lautsprechern durch Verwendung eines Paars von tatsächlichen vorderen
Lautsprechern zu reproduzieren; d. h. ein 4-Kanal-Umgebungssystem
durch Verwendung von nur zwei Lautsprechern aufzubauen. Da sie im
Hardwaremaßstab
klein und dadurch in den Kosten niedrig ist, kann ferner die Umgebungssignalverarbeitungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit preiswerten Heimgeräten, wie etwa einem Fernseher,
oder einem Fahrzeugaudiosystem verwendet werden. Auch versieht die
vorliegenden Erfindung einen Zuhörer
mit einem Gefühl
einer Anwesenheit, als ob er der Musik in einem anderen Klangfeld,
wie etwa einer großen
Konzerthalle, einer Kirche oder einem Stadion, zuhört, ungeachtet
der Tatsache, dass er sich tatsächlich
in einem gewöhnlichen
Raum, einem Zuhörerraum oder
einem Fahrzeug befindet.
