EP0420948A1 - Verfahren und vorrichtung zur klangaufbereitung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur klangaufbereitung

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Publication number
EP0420948A1
EP0420948A1 EP19900903001 EP90903001A EP0420948A1 EP 0420948 A1 EP0420948 A1 EP 0420948A1 EP 19900903001 EP19900903001 EP 19900903001 EP 90903001 A EP90903001 A EP 90903001A EP 0420948 A1 EP0420948 A1 EP 0420948A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
sound signal
electrical
harmonics
sound
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900903001
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Behringer
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0420948A1 publication Critical patent/EP0420948A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
    • G10H1/02—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos
    • G10H1/06—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour
    • G10H1/16—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour by non-linear elements

Definitions

  • the invention relates to a method for processing an acoustic information present as an electrical signal of the type specified in the preamble of claim 1 and a device for performing this method.
  • a sound improvement of the original acoustic information present as an electrical signal is achieved by generating harmonics from the electrical sound signal, which then * together with the electrical sound ⁇ signal stored and / or fed to an electroacoustic transducer.
  • the signal mixture containing the harmonics is mixed into the electrical sound signal at a reduced level.
  • the acoustically perceptible improvement in the original acoustic information enriched in this way by additional tones consists, among other things, in a gain in acoustic transparency.
  • the sound processing in this known generic method together with the generation of harmonics, provides for a frequency-dependent phase shift of the electrical sound signal, which does not cause a sound improvement but a sound alienation.
  • the harmonics are actually generated by limiting the amplitude of the electrical audio signal.
  • This signal limitation which is comparable to the overdriving of an amplifier, requires the definition of a threshold above which the amplitude or yellow limit should take place. This results in an amphitheater or level-dependent overtone generation.
  • a threshold above which the amplitude or yellow limit should take place.
  • With an optimal choice of the limiting threshold fewer harmonic tones are generated for sound signals of low amplitude (correspondingly quiet tones) than for sound signals of large amplitude (correspondingly loud tones). Basically, such a level-dependent overtone generation thus corresponds to the natural laws of tone generation.
  • Tone signals whose level is above the limit threshold by a certain amount are, on the other hand, audibly distorted when the processed tone signal is reproduced.
  • the acoustic information prepared from such sound signals sounds very hard and is perceived as annoying in the long run, since it is not very natural.
  • the object of the present invention is to provide a sound processing method of the type mentioned at the outset which has a level-independent and controllable sound. processing guaranteed and specify a device for performing this method, which is characterized by a particularly simple construction.
  • the harmonic generation takes place, as in the known method of the generic type dealt with at the beginning, on the basis of the electrical audio signal of the acoustic information.
  • the source for generating the harmonics is, according to the invention, placed in a region of the sound signal that is completely independent of the signal level, namely in the region of the zero crossing of the sound signal.
  • the harmonic generation according to the invention takes place independently of the signal level in a signal range which is passed through by all sound signals independently of their frequency and amplitude.
  • the essence of the invention which provides the source for the harmonic generation in the turning point region of the tone signal curve, can be implemented in a wide variety of ways. So it is for. It is advantageously provided that the electrical sound signal be broken down in the region of the zero crossing and then put together in such a way that the combining point forms a source for the generation of overtones.
  • This realization of harmonic generation is based on the knowledge that any "irregularity" in the synthesis of the signal sections obtained by breaking down the original sound signal is a source for "distortions” and thus the generation of harmonics. Such irregularities in signal synthesis are almost inevitable, unless complex measures are taken to avoid them. For example, every kink in the curve of the sound signal to be reassembled, which results from a simple stringing together of the two signal sections, is already a source for harmonic generation.
  • the harmonic generation by reuniting previously separated signal sections of the original sound signal can also take place in a targeted manner.
  • Such a change in the signal shape can be achieved, for example, by changing the slope of at least one of the sound signal sections obtained by separating the original signal in the zero-throughput range.
  • a further change in the signal shape which is advantageous for the generation of harmonics can be achieved by a temporally offset synthesis of the two audio signal sections.
  • the two sound signal sections obtained by decomposition can be reunited offset in the amplitude direction.
  • the union of the two tonal signal sections are both offset in time and in the amplitude direction.
  • the harmonic generation takes place in that the electrical audio signal is broken down into its positive and negative half-waves, and in that one of the two half-waves prior to reunification into a bipolar signal with reference to its Am ⁇ plitude is changed.
  • the change in amplitude of one of the two half-waves already results in a change in the slope in the curve of the reassembled sound signal, which is the reason for a defined generation for harmonics.
  • the degree of harmonic generation can thus be controlled in a targeted manner by the amount of the amplitude reduction or increase.
  • linear generation of harmonics that can be achieved with the method according to the invention, where linear means that the harmonics are generated independently of the level and frequency, allows any adjustment of the harmonic spectrum to the respective practical requirements.
  • the richness of overtones reduced according to the natural laws of music generation for lower signal levels can be simulated by a simple variation of the method according to the invention in that the level of the harmonics obtained from the electrical sound signal is set as a function of the level of this sound signal, that harmonics derived from low-level audio signals are reduced in level and those of high-level audio signals are left constant or raised.
  • the further processing of the harmonics obtained with the method according to the invention can be carried out in a wide variety of ways.
  • the reunited electrical sound signal is recorded or reproduced together with the harmonics obtained during assembly.
  • This single-channel playback / recording method takes full advantage of the sound improvement and is also characterized by a particularly simple feasibility.
  • the reunited electrical sound signal is sifted out of the signal mixture with the harmonics, so that ultimately only the harmonics of the electrical sound signal are available for further processing.
  • a screening can be achieved, for example, by adding the 180 ° phase-shifted electrical audio signal to the signal mixture of harmonics and synthesized audio signal.
  • These harmonics filtered out of the signal mixture can then be recorded or reproduced in any way, for example with admixture with the original electrical audio signal. This is an example of a two-channel further processing or use of harmonics and original sound signal.
  • Another example is the advantageously provided admixture of the original sound signal to the mixture of harmonics and a reunited sound signal, consists in the fact that the mixture obtained is recorded and / or reproduced, the admixture of the harmonic / sound signal mixture advantageously being compared to the original sound signal reduced level.
  • separate recording and / or reproduction of the original sound signal and the mixture of harmonics and reunited sound signal is provided.
  • An advantageous device for carrying out the method according to the invention comprises a harmonic generator with a respective circuit for obtaining the positive and the negative half-wave of the bipolar electrical sound signal, and a device for adjusting the level ratio of positive and negative half-wave and for assembling the half-waves set in this way in the region of the zero crossing.
  • the source for the generation of the harmonics in the zero crossing area of the electrical sound signal is thus the different curve shape of the sound signal reunited from the two half waves in the zero crossing area, which is based on the fact that the two half waves are reunited with different levels, which means different slopes which results in half-waves in the region of the zero crossing of the reunited signal.
  • a particularly advantageous embodiment of the circuits for obtaining the half-waves of the harmonic generator due to its simplicity provides that each of these circuits comprise at least one rectifier acted upon by the electrical sound signal, the rectifier of one circuit being the reverse of that of the other circuit is poled.
  • level setting device in the form of a resistance network which is acted upon by the half-waves of opposite polarity obtained with the aid of the rectifier and at whose output the electrical sound signal reunited from the half-waves is present.
  • An overall particularly simple harmonic generator results from the following structure, in which the input of the harmonic generator is connected to the anode of the rectifier for winning the positive half-wave and to the cathode of the rectifier for winning the negative half-wave, and in which the Resistance network comprises a fixed value resistor and an adjustable resistor, one of the resistors being connected to the cathode of the rectifier for obtaining the positive half-wave and the other to the anode of the diode for obtaining the negative half-wave, and wherein the other ends of the resistors are connected to the output of the harmonic generator.
  • the sound processing device can be used in a simple manner for further sound manipulations, for example in that between the harmonic generator input and at least one of the A high-pass filter is arranged at the inputs of the half-wave extraction circuits, which can alternatively or additionally also be connected downstream of at least one of the half-wave extraction circuits of the overtone generator.
  • a band-pass filter can also be provided.
  • FIG. 2 shows a simplified detailed illustration of the harmonic generator from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a circuit of the harmonic generator from FIGS. 1 and 2 for setting the level of the harmonics or the mixture of harmonics and the reunited sound signal and
  • FIGS. 1 to 3 shows a sound processing device using the harmonic generator from FIGS. 1 to 3.
  • the harmonic generator shown as a block diagram in FIG. 1 serves to improve the sound of acoustic information present at the input 3 of the generator in the form of an electrical sound signal which, after passing through the harmonic generator, is present at its output 4 enriched with harmonics , which are obtained in the harmonic generator regardless of the level of the electrical input signal.
  • the signal enriched with overtones is provided for recording and / or reproduction via an electroacoustic transducer.
  • the harmonic generator comprises four circuit parts, namely a circuit 1 for obtaining the positive half-wave from the bipolar electrical sound signal present at the harmonic generator input 4, a circuit 2 acted upon by the same bipolar input signal for obtaining the negative half-wave from the input signal and one to the Outputs of the two circuits 1 and 2 connected device R for setting the level ratio of positive and negative Half wave and z 'm composition of the half waves set in this way in the region of the zero crossing of the original bipolar signal.
  • the harmonics are generated when the two oppositely polar half-waves are combined, which have different gradients due to a change in level with respect to one another in the zero crossing range passage of the bipolar signal.
  • This kink therefore results from a distortion of the original electrical sound signal, which is known to be the cause or source for the generation of harmonics. Since this source lies in the zero crossing of the bipolar sound signal, the degree of harmonic generation is completely independent of the amplitude or the level of the original electrical sound signal.
  • the harmonic generation by this harmonic generator is absolutely independent of the level, the degree of harmonic generation being exactly adjustable by the degree of change (weakening or amplification) of one of the two half waves, i.e. in the arrangement according to Fig.l the negative half-wave.
  • the two circuits 1 and 2 for obtaining the oppositely polar half-waves from the input signal each consist of a diode 5 and 6, of which the diode 5 for the positive half-wave with the anode and the diode 6 for the negative half-wave with the cathode are connected to the harmonic generator input 3.
  • the level adjustment device is constructed in a similarly simple manner; it consists of a fixed-value resistor 7, which is connected to the cathode of the diode 5, and an adjustable resistor 8, which is connected to the anode of the diode 6.
  • the ends of the two resistors 7 and 8 facing away from the diode are connected to one another and connected to the output 4 of the harmonic generator.
  • the harmonic generators shown in FIGS. 1 and 2 are followed by a control amplifier 9, the input 10 of which is connected to the output 4 of the harmonic generator OG.
  • the control input of the integrated control amplifier (VCA) 9 is acted upon by the same electrical sound signal as the harmonic generator.
  • the control amplifier is set in such a way that the amplitude of the output signal of the harmonic generator, which includes the harmonics and the reassembled bipolar, asymmetrical tone signal, unless this has been removed from the signal mixture by a filter, as a function of original sound signal is regulated.
  • This regulation is preferably carried out in such a way that the amplitude of harmonics of low-level original sound signals is reduced and that of high-level sound signals is raised in such a way that a desired distribution of the overtone spectrum is achieved which, for example, corresponds to that of natural sound information.
  • FIG. 4 shows a sound processing device using the above-described harmonic generator in the form of a schematic circuit.
  • the electrical audio signal to be processed is present at input A of the circuit and can be one of the output signals of a multi-channel tape recorder, for example.
  • the further output signals of the tape recorder are fed into further circuits of the type shown for appropriate processing.
  • the input signal runs through two mutually independent paths B and C within the circuit, which are brought together in a mixer M before the output of the circuit.
  • the input signal is not processed on path B in the sense of sound processing.
  • elements not acting on the sound such as a (linear) signal amplifier, can be provided in path B.
  • Such elements can also be arranged in path C.
  • a high-pass filter HP1 and HP2 is connected upstream and downstream of this.
  • the processed signal After passing through the high-pass filter HP2 downstream of the harmonic generator, the processed signal is fed to the mixer M, which is designed such that the sound-unchanged input signal applied via path B is combined in any ratio with the processed signal applied via path C. .
  • the sound-processed input signal is fed to the sound-unchanged input signal at a reduced level.

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Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Klangaufbereitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer als elektrisches Signal vorliegenden akustischen Information der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei einem derartigen, aus der DE-PS 27 11 083 bekannten Ver¬ fahren wird eine Klangverbesserung der ursprünglichen, als elektrisches Signal vorliegenden akustischen Information da¬ durch erzielt, daß aus dem elektrischen Tonsignal Oberwellen gewonnen werden, die dann* zusammen mit dem elektrischen Ton¬ signal abgespeichert und/oder einem elektroakustischen Wandler zugeführt werden. Dabei erfolgt die Zumischung des die Ober¬ wellen enthaltenden Signalgemisches zum elektrischen Tonsignal unter reduziertem Pegel. Die akustisch wahrnehmbare Verbesse¬ rung der derart durch zusätzliche Obertδne angereicherten ur¬ sprünglichen akustischen Information besteht unter anderem in einem Gewinn an klanglicher Transparenz.
Die Klangaufbereitung bei diesem bekannten gattungsgemäßen Verfahren sieht zusammen mit der Erzeugung von Oberwellen eine frequenzabhängige Phasenverschiebung des elektrischen Tonsig¬ nals vor, die keine Klangverbesserung, sondern eine Klangver¬ fremdung bewirkt.
Die eigentliche Erzeugung der Oberwellen erfolgt bei diesem bekannten Verfahren durch ein Begrenzen der Amplitude des elektrischen Tonsignals. Diese Signalbegrenzung, die mit dem Übersteuern eines Verstärkers vergleichbar ist, erfordert die Festlegung einer Schwelle, ab welcher die Amplituden- bzw. Pe- gelbegrenzung stattfinden soll. Daraus resuliert eine amlitu- den- oder pegelabhängige Obertonerzeugung. Bei optimaler Wahl der Begrenzungsschwelle werden damit für Tonsignale geringer Amplitude (entsprechend leisen Tönen) weniger Obertδne erzeugt als für Tonsignale großer Amplitude (entsprechend lauten To¬ nen) . Grundsätzlich entspricht damit eine derartige pegelab¬ hängige Obertonerzeugung also den natürlichen Gesetzen der Tonerzeugung.
Diese Art der Oberwellenerzeugung durch Begrenzen des Signal¬ pegels ist jedoch mit einer Reihe gravierender Nachteile be¬ haftet.
So entstehen keine Oberwellen für niederpegelige Tonsignale, die unterhalb der Begrenzungsschwelle liegen. Tonsignale, de¬ ren Pegel um einen bestimmten Betrag oberhalb der Begrenzungs¬ schwelle liegen, werden andererseits bei der Wiedergabe des aufbereiteten Tonsignals hörbar verzerrt. Die aus derartigen Tonsignalen aufbereitete akustische Information klingt mit an¬ deren Worten sehr hart und wird auf Dauer als lästig, da wenig natürlich, empfunden.
Ein zufriedenstellendes Resultat der Klangaufbereitung findet also nur für einen sehr begrenzten Amplitudenbereich des elek¬ trischen Tonsignals statt, nämlich knapp oberhalb der vorge¬ wählten Begrenzungsschwelle. Die Anwendung dieses bekannten, gattungsgemäßen Verfahrens erfordert also stets eine exakte Anpassung der Begrenzerschwelle an das jeweils vorliegende elektrische Abbild der aufzubereitenden akustischen Informati¬ on. Für den Betreiber einer nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtung bedeutet dies den Zwang zu einer peinlich genauen Überwachung der Aussteuerungsanzeige und eine gegebenenfalls kurzfristige neue Einpegelung der Begrenzungsschwelle.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Klangaufbereitungsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine pegelunabhängige und kontollierbare Klang- aufbereitung gewährleistet sowie eine Vorrichtung zur Durch¬ führung dieses Verfahrens anzugeben, die sich durch eine be¬ sonders einfache Konstruktion auszeichnet.
Gelöst wird diese Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 14. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an¬ gegeben.
Demnach erfolgt also die Oberwellenerzeugung wie beim eingangs abgehandelten bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art auf der Grundlage des elektrischen Tonsignals der akustischen In¬ formation. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem die Oberwellenerzeugung im amplitudenabhängigen Scheitelbe¬ reich des Tonsignals erfolgt, ist die Quelle zur Erzeugung der Oberwellen erfindungsgemäß in einen Bereich des Tonsignals ge¬ legt, der völlig unabhängig vom Signalpegel ist, nämlich in den Bereich des Nulldurchgangs des Tonsignals. Mit anderen Worten erfolgt die erfindungsgemäße Oberwellenerzeugung unab¬ hängig vom Signalpegel in einem Signalbereich, der von sämtli¬ chen Tonsignalen unabhängig von deren Frequenz und Amplitude durchlaufen wird.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt jegli¬ che Kalibrierungsarbeit, da die Oberwellenerzeugung für jedes Tonsignal unabhängig von dessen Amplitude und Frequenz er¬ folgt, nämlich im Bereich des Signalnulldurchgangs. Diese Art der Oberwellenerzeugung ist damit also völlig pegelunabhängig und damit gegebenfalls auch in beliebiger Weise kontrolliert steuerbar.
Der Kern der Erfindung, der im Wendepunktbereich des Tonsig¬ nalverlaufs die Quelle für die Oberwellenerzeugung vorsieht, ist in unterschiedlichster Weise realisierbar. So ist es zum . i piel vorteilhafterweise vorgesehen, das elektrische Tonsignal im Bereich des Nulldurchgangs zu zerle¬ gen und anschließend derart zusammenzusetzen, daß die Vereini¬ gungsstelle eine Quelle für die Obertonerzeugung bildet. Die¬ ser Realisierung der Oberwellenerzeugung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß jede "Unregelmäßigkeit" bei der Synthese der durch Zerlegung des originalen Tonsignals gewonnenen Signalab¬ schnitte eine Quelle für "Verzerrungen" und damit der Erzeu¬ gung von Oberwellen ist. Derartige Unregelmäßigkeiten bei der Signalsynthese ergeben sich nahezu zwangsläufig, sofern nicht aufwendige Maßnahmen zu ihrer Vermeidung getroffen werden. So ist beispielsweise jeder Knick im Kurvenverlauf des wiederzu- sa mengesetzten Tonsignals, der sich bei einer einfachen An- einandereihung der beiden Sigbnalabschnitte ergibt, bereits eine Quelle für die Oberwellengewinnung.
Die Oberwellengewinnung durch eine Wiedervereinigung vorausge¬ hend getrennter Signalabschnitte des originalen Tonsignals kann jedoch auch in gezielter Weise erfolgen. Dies hat den Vorteil, daß der Umfang der Oberwellengewinnung der Synthese¬ stelle der beiden Signalabschnitte gesteuert bzw. exakt do¬ siert werden kann. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß zumindest einer der beiden durch Zerlegung ge¬ wonnenen Tonsignalabschnitte vor der Wiedervereinigung mit Be¬ zug auf die Signalform verändert wird.
Eine derartige Veränderung der Signalform läßt sich beispiels¬ weise erreichen, indem die Steigung zumindest einer der durch Trennung des Ursprungssignals gewonnenen Tonsignalabschnitte im Nulldurchgnagsbereich geändert wird.
Eine weitere für die Oberwellengewinnung vorteilhafte Verände¬ rung der Signalform läßt sich durch eine zeitlich versetzte Synthese der beiden Tonsignalabschnitte erreichen. Alternativ hierzu können die beiden durch Zerlegung gewonnenen Tonsignal¬ abschnitte in Amplitudenrichtung versetzt wiedervereinigt wer¬ den. Vorteilhafterweise kann die Vereinigung der beiden Ton- signalabschnitte sowohl zeitlich wie in Amplitudenrichtung versetzt erfolgen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung erfolgt die Oberwellenerzeugung dadurch, daß das elektri¬ sche Tonsignal in seine positive und negative Halbwelle zer¬ legt wird, und daß eine der beiden Halbwellen vor der Wieder¬ vereinigung zu einem bipolaren Signal mit Bezug auf seine Am¬ plitude verändert wird. Bereits die Amplitudenänderung einer der beiden Halbwellen ergibt eine Änderung der Steigung im Kurvenverlauf des wiederzusammengesetzten Tonsignals, die An¬ laß für eine definierte Erzeugung für Oberwellen ist. Der Grad der Oberwellenerzeugung läßt sich also gezielt durch das Maß der Amplituden-Absenkung oder -Anhebung steuern.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare lineare Erzeugung von Oberwellen, wobei linear bedeutet, daß die Ober¬ wellenerzeugung pegel- und frequenzunabhängig erfolgt, erlaubt eine beliebige Anpassung des Oberwellenspektrums an die jewei¬ ligen Erfordernisse der Praxis. So läßt sich beispielsweise der nach den natürlichen Gesetzen der Musikerzeugung für ge¬ ringere Signalpegel verminderte Obertonreichtum durch eine einfache Variation des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch nachbilden, daß der Pegel der aus dem elektrischen Tonsignal gewonnenen Oberwellen in Abhängigkeit vom Pegel dieses Tonsig¬ nals derart eingestellt wird, daß von niedrigpegeligen Tonsig¬ nalen abgeleitete Oberwellen bezüglich des Pegels abgesenkt und diejenigen von hochpegeligen Tonsignalen konstant belassen oder angehoben werden.
Die Weiterverarbeitung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Oberwellen kann in unterschiedlichster Weise erfol¬ gen. Im einfachsten Falle erfolgt dabei eine Aufzeichnung bzw. Wiedergabe des wiedervereinigten elektrischen Tonsignals zu¬ sammen mit den beim Zusammensetzen gewonnenen Oberwellen. Die¬ ses einkanalige Wiedergabe-/Aufzeichnungsverfahren nützt voll die Vorteile der erfindungsgemäßen Klangverbesserung und zeichnet sich zudem durch eine besonders einfache Realisier¬ barkeit aus.
Alternativ hierzu ist es vorteilhafterweise vorgesehen, das wiedervereinigte elektrische Tonsignal, dessen vorausgehende Synthese Quelle für die Oberwellenerzeugung war, aus dem Sig¬ nalgemisch mit den Oberwellen auszusieben, so daß letztendlich ausschließlich die Oberwellen des elektrischen Tonsignals zur Weiterverarbeitung vorliegen. Erreichen läßt sich eine derar¬ tige Aussiebung beispielsweise durch eine Addition des um 180° phasenverschobenen elektrischen Tonsignals zu dem Signalge¬ misch aus Oberwellen und synthetisiertem Tonsignal. Diese aus dem Signalgemisch herausgefilterten Oberwellen können dann in beliebiger Weise aufgezeichnet oder wiedergeben werden, bei¬ spielsweise unter Zumischung zum ursprünglichen elektrischen Tonsignal. Dies ist ein Beipiel für eine zweikanalige Weiter¬ verarbeitung bzw. Nutzung von Oberwellen und ursprünglichem Tonsignal.
Ein weiteres Beispiel ist die vorteilhafterweise vorgesehene Zumischung des ursprünglichen Tonsignals zu dem Gemisch aus Oberwellen und wiedervereinigtem Tonsignal, besteht darin, daß das erhaltene Gemisch aufgezeichnet und/oder wiedergeben wird, wobei vorteilhafterweise die Zumischung des Oberwellen- /Tonsignalgemischs unter gegenüber dem ursprünglichen Tonsig¬ nal vermindertem Pegel erfolgt. Alternativ hierzu ist die ge¬ trennte Aufzeichnung und/oder Wiedergabe des originalen Ton¬ signals und des Gemischs aus Oberwellen und wiedervereinigtem Tonsignal vorgesehen.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens umfaßt einen Oberwellengenerator mit je¬ weils einem Schaltkreis zum Gewinnen der positiven sowie der negativen Halbwelle des bipolaren elektrischen Tonsignals, und eine Einrichtung zum Einstellen des Pegelverhältnisses von po¬ sitiver und negativer Halbwelle sowie zum Zusammensetzen der derart eingestellten Halbwellen im Bereich des Nulldurchgangs. Quelle für die Erzeugung der Oberwellen im Nulldurchgangsbe¬ reich des elektrischen Tonsignals ist hierbar also die unter¬ schiedliche Kurvenform des aus den beiden Halbwellen wieder¬ vereinigten Tonsignals im Nulldurchgangsbereich, die darauf beruht, daß die beiden Halbwellen mit unterschiedlichen Pegel wiedervereinigt werden, was unterschiedliche Steigungen der Halbwellen im Bereich des Nulldurchgangs des wiedervereinigten Signals zur Folge hat.
Eine durch ihre Einfachheit besonders vorteilhafte Ausfüh¬ rungsform der Schaltkreise zum Gewinnen der Halbwellen des Oberwellengenerators sieht es vor, daß jeder dieser Schalt¬ kreise wenigstens einen vom elektrischen Tonsignal beauf¬ schlagten Gleichrichter umfassen, wobei der Gleichrichter des einen Schaltkreises umgekehrt zu demjenigen des anderen Schaltkreises gepolt ist.
Ebenfalls durch eine besonders einfache Konstruktion gekenn¬ zeichnet ist die Pegeleinstelleinrichtung in Form eines Wider¬ standsnetzwerks, das von den mithilfe der Gleichrichter gewon¬ nenen Halbwellen entgegengesetzter Polarität beaufschlagt ist, und an dessen Ausgang das aus den Halbwellen wiedervereinigte elektrische Tonsignal anliegt.
Ein insgeamt besonders einfach aufgebauter Oberwellengenerator ergibt sich durch folgenden Aufbau, bei dem der Eingang des Oberwellengenerators an die Anode des Gleichrichters zum Ge¬ winnen der positiven Halbwelle sowie an die Kathode des Gleichrichters zum Gewinnen der negativen Halbwelle ange¬ schlossen ist, und bei dem das Widerstandsnetzwerk einen Fest¬ wert-Widerstand sowie einen einstellbaren Widerstand umfaßt, wobei einer der Widerstände an die Kathode des Gleichrichters zum Gewinnen der positiven Halbwelle und der andere an die An¬ ode der Diode zum Gewinnen der negativen Halbwelle angeschlos¬ sen ist, und wobei die anderen Enden der Widerstände an den Ausgang des Oberwellengenerators angeschlossen sind. Die oben genannte vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, demgemäß das Maß der Oberwellenerzeugung an die Gesetze der natürlichen Musikwiedergabe angepaßt wird, indem die Oberwellenerzeugung für kleinere Tonsignale geringer ge¬ halten wird, läßt sich auf der Grundlage des vorstehend be¬ schriebenen Oberwellengenerators besonders vorteilhaft reali¬ sieren durch einen an den Ausgang des Oberwellengenerators an¬ geschlossenen Regelverstärker {VCA) , dessen Regelspannung das elektrische Tonsignal ist, das am Eingang des Oberwellengene¬ rators anliegt.
Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Klangaufbereitung der als elektrisches Tonsignal vorliegenden akustischen Information durch Klangverbesserung über die pegelunabhängige Erzeugung von Oberwellen, kann die Klangaufbereitungsvorrichtung auf einfache Weise zu weiteren Klangmanipulationen eingesetzt wer¬ den, beispielsweise dadurch, daß zwischen dem Oberwellengene¬ rator-Eingang und zumindest einem der Eingänge der Halbwellen- gewinnungsschaltkreise ein Hochpaßfilter angeordnet ist, das alternativ oder zusätzlich auch zumindest einem der Halbwel- lengewinnungsschaltkreise des Obertongenerators nachgeschaltet sein kann. Anstelle des Hochpaßfilters kann auch ein Bandpa߬ filter vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin¬ dung ist es vorgesehen, Signale kleiner Amplituden, wie bei¬ spielsweise unerwünschte Rauschsignale von der Obertonerzeu¬ gung vollständig auszuschließen. Erreichen läßt sich dies mit der obenen beschriebenen Vorrichtung durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung an das den Oberwellengenerator beaufschlagende Tonsignal in dessen Nulldurchgangsbereich, wo¬ bei vor allem die Spannungsschwelle beiderseits des Signal- Nulldurchgangs mit demselben Betrag angelegt ist.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrie- ben werden; in der Zeichnung zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung des Oberwellengenerators der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Klangaufbereitungsverfahrens,
Fig.2 eine vereinfachte Detaildarstellung des Oberwellenge¬ nerators von Fig.l,
Fig.3 eine Beschaltung des Oberwellengenerators von Fig.l und 2 zum Einstellen des Pegels der Oberwellen bzw. des Gemischs aus Oberwellen und wiedervereinigtem Ton- signal und
Fig.4 eine Klangaufbereitungsvorrichtung unter Verwendung des Oberwellengenerators von Fig. 1 bis 3.
Der in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Oberwellengene¬ rator dient zur Klangverbesserung einer am Eingang 3 des Gene¬ rators anliegenden akustischen Information in Form eines elek¬ trischen Tonsignals, das nach Durchlaufen des Oberwellengene¬ rators an dessen Ausgang 4 mit Oberwellen angereichert vor¬ liegt, die unabhängig vom Pegel des elektrischen Eingangssig¬ nals im Oberwellengenerator gewonnen werden. Das mit Obertδnen angereicherte Signal ist zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe über einen elektroakustischen Wandler vorgesehen.
Der Oberwellengenerator umfaßt vier Schaltungsteile, nämlich einen Schaltkreis 1 zum Gewinnen der positiven Halbwelle aus dem am Oberwellengenerator-Eingang 4 anliegenden bipolaren, elektrischen Tonsignal, einen vom selben bipolaren Eingangs¬ signal beaufschlagten Schaltkreis 2 zum Gewinnen der negativen Halbwelle aus dem Eingangssignal und eine an die Ausgänge der beiden Schaltkreise 1 und 2 angeschlossene Einrichtung R zum Einstellen des Pegelverhältnisses von positiver und negativer Halbwelle sowie z 'm Zusammensetzen der derart eingestellten Halbwellen im Bereich des Nulldurchgangs des ursprünglichen bipolaren Signals.
Erzeugt werden die Oberwellen beim Zusammensetzen der beiden entgegengesetzt polaren Halbwellen, die durch Pegelveränderung mit bezug aufeinander im Nulldurchgangsbereich unterschiedli¬ che Steigungen auf eisen.Damit aber erfährt der Signalverlauf des wiederzusammengesetzten Tonsignals einen Knick an der Ver¬ einigungsstelle von positiver und negativer Halbwelle im Null¬ durchgang des bipolaren Signals. Dieser Knick resuliert also aus einer Verzerrung des ursprünglichen elektrischen Tonsig¬ nals, die bekanntlich Anlaß bzw. Quelle für die Erzeugung von Oberwellen ist. Da diese Quelle im Nulldurchgang des bipolaren Tonsignals liegt, ist das Maß der Oberwellenerzeugung voll¬ ständig unabhängig von der Amplitude bzw. von dem Pegel des originalen elektrischen Tonsignals. Mit anderen Worten er¬ folgt die Oberwellenerzeugung durch diesen Oberwellengenerator absolut pegelunabhängig, wobei das Maß der Oberwellenerzeugung exakt einstellbar ist durch den Grad der Veränderung (Abschwä- chung oder Verstärkung) einer der beiden Halbwellen, d.h. bei der Anordnung nach Fig.l der negativen Halbwelle.
Fig. 2 zeigt eine durch eine geringe Anzahl von Bauelementen und einen einfachen Aufbau gekennzeichnete Realisiation des Oberwellengenerators nach Fig.l. So bestehen die beiden Schaltkreise 1 und 2 zum Gewinnen der entgegengesetzt polaren Halbwellen aus dem Eingangssignal jeweils aus einer Diode 5 und 6, von welchen die Diode 5 zur Gewinnung der positiven Halbwelle mit der Anode und die Diode 6 zur Gewinnung der ne¬ gativen Halbwelle mit der Kathode an den Oberwellengenerator- Eingang 3 angeschlossenen sind.
Ähnlich einfach ist die Pegeleinstelleinrichtung aufgebaut; sie besteht aus einem Festwert-Widerstand 7, der an die Katho¬ de der Diode 5 angeschlossen ist und aus einem einstellbaren Widerstand 8, der an die Anode der Diode 6 angeschlossen ist. Die diodenabgewandten Enden der beiden Widerstände 7 und 8 sind miteinander verbunden und an den Ausgang 4 des Oberwel¬ lengenerators angeschlossen.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist den in den Fig. 1 und 2 dar¬ gestellten Oberwellengeneratoren ein Regelverstärker 9 nachge- sch.altet, dessen Eingang 10 an den Ausgang 4 des Oberwellenge¬ nerators OG angeschlossen ist. Der Regeleingang des integrier¬ ten Regelverstärkers (VCA) 9 wird mit demselben elektrischen Tonsignal beaufschlagt wie der Oberwellengenerator. Der Regel¬ verstärker ist derart eingestellt, daß die Amplitude des Aus¬ gangssignals des Oberwellengenerators, welches die Oberwellen und das wiederzusammengesetzte bipolare, asymetrische Tonsig¬ nal umfaßt, sofern dieses nicht durch ein Filter aus dem Sig¬ nalgemisch entfernt worden ist, in Abhängigkeit vom originalen Tonsignal geregelt wird. Vorzugsweise erfolgt diese Regelung derart, daß die Amplitude von Oberwellen niederpegeliger ori¬ ginaler Tonsignale abgesenkt und diejenige hochpegeliger Ton¬ signale derart angehoben wird, daß eine gewünschte Verteilung des Obertonspektrums erreicht wird, die beipielsweise demjeni¬ gen natürlicher Schallinformation entspricht.
In Fig. 4 ist eine Klangaufbereitungsvorrichtung unter Verwen¬ dung des vorbeschriebenen Oberwellengenerators in Gestalt ei¬ ner schematischen Schaltung dargestellt.
Am Eingang A der Schaltung liegt das aufzubereitende elektri¬ sche Tonsignal an, das beispielsweise eines der Ausgangssigna¬ le eines Mehrkanaltonbandgeräts sein kann. Die weiteren Aus¬ gangssignale des Tonbandgeräts werden zur entsprechenden Auf¬ bereitung in weitere Schaltungen der dargestellten Art einge¬ speist.
Das Eingangssignal durchläuft innerhalb der Schaltung zwei voneinander unabhängige Pfade B und C, die vor dem Ausgang der Schaltung in einem Mischer M zusammengeführt werden. Auf dem Pfad B erfährt das Eingangssignal keinerlei Bearbei¬ tung im Sinne einer Klangaufbereitung. Nicht auf den Klang einwirkende Elemente, wie ein (linearer) Signalverstärker kön¬ nen jedoch im Pfad B vorgesehen sein. Solche Elemente können auch im Pfad C angeordnet sein.
Beim Durchlaufen des Pfades C erfährt das Eingangssignal die vorstehend beschriebene Aufbereitung durch den Oberwellengene¬ rator OG. Diesem ist im dargestellten Ausführungsbeipiel der Schaltung jeweils ein Hochpaßfilter HP1 und HP2 vor- und nach¬ geschaltet.
Nach dem Durchlaufen des dem Oberwellengenerator nachgeschal¬ teten Hochpaßfilters HP2 wird das aufbereitete Signal dem Mi¬ scher M zugeführt, der so ausgelegt ist, daß das über den Pfad B angelegte klangunveränderte Eingangssignal in beliebigem Verhältnis mit dem über den Pfad C angelegten aufbereiteten Signal vereinigt wird. Vorteilhafterweise wird dem klangunver¬ änderten Eingangssignal das klangaufbereitete Signal mit ver¬ mindertem Pegel zugeführt.
Am Ausgang D der Schaltung von Fig. 4 liegt also ein Signalge¬ misch vor, das aus dem klanglich unveränderten Eingangssignal und dem klanglich aufbereiteten Eingangssignal zusammengesetzt ist, und beispielsweise beliebigen Wiedergabeapparaturen oder AufZeichnungsvorrichtungen zugeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Klangaufbereitung einer als elektrisches Tonsignal vorliegenden akustischen Information durch Er¬ zeugen von Oberwellen aus dem elektrischen Tonsignal, die zum Zweck der Klangverbesserung zusammen mit dem elektri¬ schen Tonsignal zur Aufzeichnung und/oder zur Wiedergabe über einen elektroakustischen Wandler bestimmt sind, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Oberwellen im Bereich des Nulldurchgangs des elektrischen Tonsignals er¬ folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Tonsignal im Bereich des Nulldurchgangs zer¬ legt und anschließend derart zusammengesetzt wird, daß die Vereinigungsstelle eine Quelle für die Oberwellenerzeugung bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu¬ mindest einer der beiden durch Zerlegung gewonnenen Ton¬ signalabschnitte vor der Wiedervereinigung mit Bezug auf* die Signalform verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Signalform des einen Tonsignalabschnitts eine Änderung der Steigung dieses Tonsignalabschnitts im Bereich des Nulldurchgangs umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durch Zerlegung gewonnenen Tonsignalabschnitte zeitlich versetzt wiedervereinigt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durch Zerlegung gewonnenen Tonsignalabschnitte in Amplitudenrichtung versetzt wiedervereinigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der beiden Tonsignalabschnitte sowohl zeitlich wie in Amplitudenrichtung versetzt erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bipolare elektrische Tonsignal in seine positive und nega¬ tive Halbwelle zerlegt wird, und daß eine der beiden Halb¬ wellen vor der Wiedervereinigung der beiden Halbwellen mit Bezug auf ihre Amplitude verändert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Pegel der aus dem elektrischen Ton¬ signal gewonnenen Oberwellen in Abhängigkeit vom Pegel dieses Tonsignals derart eingestellt wird, daß von niedrigpegeligen Tonsignalen abgeleitete Oberwellen bezüg¬ lich des Pegels abgesenkt und diejenigen von hochpegeligen Tonsignalen angehoben werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das wiedervereinigte elektrische Tonsig¬ nal von dem Signalgemisch mit den Oberwellen abgetrennt wird, vor allem durch eine Addition des originalen, um 180° phasenverschobenen elektrischen Tonsignals zu diesem Signalgemisch.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Oberwellen bzw. das Signalgemisch aus wiedervereinigtem elektrischen Tonsignal und Oberwel¬ len unabhängig von dem elektrischen Tonsignal, aus welchem sie bzw. es gewonnen worden sind, der Aufzeichnung bzw. der elektroakustischen Wandlung zugeführt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Oberwellen bzw. das Signalgemisch aus wiedervereinigtem elektrischen Tonsignal und Oberwel- len mit gegenüber dem elektrischen Tonsignal, aus welchem sie bzw. es gewonnen worden sind, vermindertem Pegel der Aufzeichnung bzw. der elektroakustischen Wandlung zuge¬ führt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Oberwellen bzw. das Signalgemisch und das elektrische Tonsignal, aus welchem sie bzw. es ge¬ wonnen worden sind, demselben elektroakustischen Wandler zugeführt bzw. auf einem gemeinsamen Träger aufgezeichnet werden.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch einen Oberwellen¬ generator (OG) mit jeweils einem Schaltkreis (1,2) zum Ge¬ winnen der positiven sowie der negativen Halbwelle des bi¬ polaren elektrischen Tonsignals, und eine Einrichtung (5) zum Einstellen des Pegelverhältnisses von positiver und negativer Halbwelle sowie zum Zusammensetzen der derart eingestellten Halbwellen im Bereich des Nulldurchgangs.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schaltkreise (1,2) der Oberwellengenerator we¬ nigstens einen vom elektrischen Tonsignal beaufschlagten Gleichrichter (5,6) umfaßt, wobei der Gleichrichter des einen Schaltkreises umgekehrt zu demjenigen des anderen Schaltkreises gepolt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich¬ net, daß die EinStelleinrichtung ein Widerstandsnetzwerk (7,8) ist, das von den mithilfe der Gleichrichter (5,6) gewonnenen Halbwellen entgegengesetzter Polarität beauf¬ schlagt ist, und an dessen Ausgang das aus den Halbwellen wiedervereinigte elektrische Tonsignal sowie die Oberwel¬ len anliegen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang ^3) des Oberwellengenerators (OG) an die Anode des Gleichric ters (5) zum Gewinnen der positiven Halbwel¬ le sowie an die Kathode des Gleichrichters (6) zum Gewin¬ nen der negativen Halbwelle angeschlossen ist, und daß das Widerstandsnetzwerk einen Festwert-Widerstand (7) sowie einen einstellbaren Widerstand (8) umfaßt, wobei einer der Widerstände (7,8) an die Kathode des Gleichrichters (5) zum Gewinnen der positiven Halbwelle und der andere an die Anode des Gleichrichters (6) zum Gewinnen der negativen Halbwelle angeschlossen ist, und wobei die anderen Enden der Widerstände (7,8) an den Ausgang (4) des Oberwellenge¬ nerators (OG) angeschlossen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekenn¬ zeichnet durch einen an den Ausgang (4) des Oberwellenge¬ nerators (OG) angeschlossenen Regelverstärker (9) , dessen Regelspannung das elektrische Tonsignal ist, das am Ein¬ gang (3) des Oberwellengenerators (OG) anliegt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekenn¬ zeichnet durch zumindest ein zwischen dem Oberwellengene¬ rator-Eingang (3) und zumindest einem der Eingänge der Halbwellengewinnungsschaltkreise (1,2) angeordnetes Hoch¬ paßfilter.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis -19, gekenn¬ zeichnet durch zumindest ein zumindest einem der Halbwel- lengewinnungsschaltkreise des Obertongenerators (OG) nach¬ geschaltetes Hochpaßfilter.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich¬ net, daß anstelle des Hochpaßfilters ein Bandpaßfilter vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekenn¬ zeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Vorspan¬ nung an das den Oberwellengenerator (OG) beaufschlagende Tonεignal m dessen Nulldurchgangsbereich.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsschwelle beiderseits des Signal-Null¬ durchgangs mit demselben Betrag angelegt ist.
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