EP1518441B1 - Device and method for suppressing a feedback - Google Patents
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- EP1518441B1 EP1518441B1 EP03811364A EP03811364A EP1518441B1 EP 1518441 B1 EP1518441 B1 EP 1518441B1 EP 03811364 A EP03811364 A EP 03811364A EP 03811364 A EP03811364 A EP 03811364A EP 1518441 B1 EP1518441 B1 EP 1518441B1
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- microphone
- loudspeaker
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R25/00—Electric hearing aids
- H04R25/45—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
- H04R25/453—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback electronically
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers
- H04R3/02—Circuits for transducers for preventing acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
Definitions
- the present invention relates to audio playback systems, and more particularly to audio playback systems in live environments.
- Such a vibration manifests itself as feedback at a certain frequency. It always occurs when the amplitude and phase conditions are met.
- the particular phase condition that is currently best fulfilled sets the frequency, which is typically relatively high, so that feedback is perceived as loud whistling. This whistling is not only unpleasant for the listener, but also for the artists.
- a strongly time-variable channel exists from one or more loudspeakers to one or more microphones.
- Known feedback suppression techniques mix audible feedback sounds into the microphone and use filters to suppress budding feedback.
- Alternative feedback cancellation techniques use a so-called pitch-shifting technique to shift the feedback to inaudible parts of the spectrum, thus avoiding stable feedback sounds.
- FIG. 9 shows an embodiment in which a test signal (sample 954) is injected into the signal to be amplified by the amplifier 118 through the upstream summer, which signal is then sent through the loudspeaker 120 as an "embedded signal" , is received via the feedback path 124 and simultaneously inserted through the filter setting blocks 956, 958, 936.
- US Pat. No. 6,347,148 B1 discloses a method and a device for feedback reduction in acoustic systems, again mentioning hearing aids as the field of application.
- the input signal is subjected to a spectral estimation in block 24 and a subsequent psychoacoustic evaluation to calculate the masking threshold.
- a spectral estimation in block 24 and a subsequent psychoacoustic evaluation to calculate the masking threshold.
- an output signal of a noise source in the filter 28 is then spectrally shaped.
- this signal is not used to set a feedback rejection filter. Instead, using this psychoacoustically spectrally stained test signal, feedback detection is performed by means of blocks 32, 34 and 36, as set forth in column 5, line 11.
- the transfer function of the forward path H 2 (f) is then frequency-selectively adjusted, for example.
- This document performs no filter adjustment or subtraction. Instead, it is determined whether there is a feedback situation based on a level comparison.
- a transfer function of a forward path is then varied. This variation is frequency selective.
- a particular frequency band of the transmission path is typically attenuated so that there is no feedback. Of course, this leads to audible artifacts that will both irritate viewers and irritate the artist.
- the object of the present invention is to provide an improved concept for suppressing feedback.
- the present invention is based on the finding that effective feedback suppression can be achieved by processing a microphone signal which is a superposition of a wanted signal and a feedback signal originating from a loudspeaker or a plurality of loudspeakers prior to mixing the feedback component is subtracted from the microphone signal so that only the wanted signal remains after the subtraction.
- the feedback signal component will be preferred continuously removed from the microphone signal. For this purpose it is necessary to synthetically determine the feedback signal component at the microphone.
- a marking operation is carried out for this purpose so that the signal emitted by the loudspeaker can be detected. This is achieved in that either in the microphone signal after subtraction or in the microphone signal before the subtraction or in the signal after mixing and amplification, ie in the z. B. still digitally present playback signal for a speaker, a test signal is embedded.
- a preferred way to determine the nature of the transmission channel in the environment between the loudspeaker and the microphone is to perform a cross-correlation between the microphone signal and the test signal.
- the cross-correlation directly provides the impulse response of the channel between the considered one Speakers and the microphone considered.
- Alternative channel determination methods can also be used.
- a filter which filters the loudspeaker signal to obtain a filtered loudspeaker signal.
- the time-variant channel from the speaker to the microphone is to a certain extent "simulated” in order to synthetically calculate the feedback signal fed into the microphone, so that it is ready for the subtraction device.
- the present invention performs optimal feedback cancellation when the channel changes only slowly. This is very often the case at concerts, given the movements made by human artists. Even if an artist makes a very fast movement, this fast movement does not take much time, so that a short, fast movement is followed by a slower movement or even a pause.
- the system according to the invention is capable of suppressing feedback not only newly at the beginning of the "settling" but also during the transient, in such a way that a possibly already started feedback is still suppressed, as it originated. can be subtracted out.
- the test signal is a pseudo noise sequence
- a pseudo noise sequence can be easily, quickly and inexpensively produced with little effort, for example, using feedback shift register and, if such a shift register is provided in several places, is readily reproducible.
- multiple shift register means to generate such a pseudorandom sequence may be initialized with the same seed or "seed". It is known that pseudo-noise sequences look like noise, but usually have a relatively large period. The buzzing appearance of a pseudo-noise sequence is reflected in the frequency domain in that the pseudo-noise signal has a white spectrum, such that all frequencies are equally strong.
- this white pseudo-noise signal can be mixed in directly if it is ensured that the level of the pseudo-noise signal mixed in is relatively small and leads to noises that are audible, or merely minor audible interference.
- the test signal whether or not it is a pseudo-noise signal, is derived using a microphone signal which has already been freed of its feedback component or by using one of the amplified microphone signal, that is, the loudspeaker signal psychoacoustic masking threshold.
- the feedback suppression has no negative consequences in terms of Audience quality perceived by the viewer.
- an effective suppression ie for the most accurate determination of the impulse response of the channel between the speaker and the microphone, ie for accurate simulation of the feedback component
- a test signal with the highest possible energy in the speaker signal is desirable. The maximum energy is achieved without sacrificing audio quality when the test signal is a pseudo-noise signal, that is over the entire relevant frequency range, and is psychoacoustically weighted to be below the masking threshold of the loudspeaker signal.
- the test signal In signal components of the loudspeaker signal with a high masking effect, the test signal is therefore represented with a high energy, while in signal components of the loudspeaker signal with a low masking effect, for example in tonal audio components, the test signal is represented with relatively little or no energy, to the effect that no audio quality losses for the listener arises.
- the present invention is particularly suitable for multi-channel environments where multiple microphones and multiple speakers are present.
- the use of different test signals embedded in the individual microphone signals, which are preferably mutually orthogonal, and the use of a cross-correlation device for the determination of each relevant channel results in that the optimum feedback proportion for each microphone can be calculated. This results in a flexible and to the individual microphone signals exactly matched feedback suppression takes place, since each channel is simulated individually.
- the computing power for channel determination may preferably become considerable using cross-correlation.
- this is not a problem since a typical amplification system, such as a loudspeaker.
- some digital signal processors for calculating the channel characteristics and suppressing the feedback components will not be significantly significant in terms of the overall cost of the system.
- the present invention provides efficient feedback cancellation without negative consequences for the listeners on the one hand, and especially for the artists on the other hand, with typically almost negligible costs relative to the overall system.
- value is placed on the fact that the artists are not disturbed in their artistic expression, such that they z.
- pitch shifting the signals perceived by the performer hear a different pitch when they were sung by the artist, for example.
- nuances in pitch shifting will suffice for this well-known feedback suppression, these are still annoyances for the artist, who are likely to limit his artistic expression.
- it is precisely the artist who ultimately determines which facility must be provided for him.
- a market acceptance of the inventive concept is therefore to be expected because the feedback suppression concept according to the invention does not bother the artist and even allowed him a maximum freedom of movement, so that he must fear without unwanted feedback tones, the entire stage space can use for artistic expression, regardless of whether it comes close to a feedback-endangered speaker component or not.
- the test signal can be embedded directly in the loudspeaker signals, ie before the analog / digital conversion and acoustic reproduction.
- the adaptation to the psychoacoustic properties of the loudspeaker signal will be best, since the psychoacoustic model of the loudspeaker signal will be directly meaningful to what a viewer hears or not.
- An embedding in the loudspeaker signal also has the advantage that in fact transmission functions from each loudspeaker to each microphone can be individually simulated and used for feedback suppression.
- This alternative according to the invention leads to a better sound quality for the listener, but requires higher computing power, for example if three microphones and three loudspeakers already exist, nine different transmission channels have already been determined with regard to properties, typically with FIR filters and have to be used for subtraction , wherein before the actual subtraction of the total feedback signal nor an addition of the three single simulated feedback signals supplied in the case described by three speakers must be performed.
- Another alternative of the present invention is to embed the test signal in the modified microphone signal, that is to say after the subtraction, that is to say before the microphone signals are mixed and amplified in order to obtain an embedding signal.
- the embedding signal is simultaneously used to be filtered and to supply the filtered signal to the subtractor.
- the psychoacoustic model is here preferably calculated on the basis of the modified microphone signal in order to obtain the masking threshold for optimum embedding.
- the psychoacoustic masking threshold information may also be derived from the individual loudspeaker signals and applied to the appropriate embedding means prior to blending / amplification so as to provide better control of the test signal.
- the test signal should not be audible on the one hand and be present with the highest possible energy on the other hand. If a psychoacoustic model is derived from a signal that does not directly correspond to the loudspeaker signal, but only approximates, the energy of the embedded test signal is kept below the psychoacoustic masking threshold by a certain margin, which does not impair the quality of the audio but degrades it Signal / noise ratio in the transmission channel determination and thus could lead to a poorer feedback suppression.
- test signal may be inserted into the microphone signal prior to the feedback fraction subtraction. If the feedback proportion is calculated accurately, the embedded test signal will survive the feedback fraction subtraction relatively "unscathed", such that this case can be considered similar to the case where the test signal is already embedded in the modified microphone signal.
- a signal processing device 16 which is any sound system which, among other things, can also perform mixing or amplification of the sound signal fed by the microphones.
- Signals from the three loudspeakers 13, 14, 15 are superimposed on each microphone and form a feedback signal f i (t) for each microphone.
- the loudspeaker signals of the loudspeakers 13, 14, 15 are transmitted via a free space transmission channel 17 which can be defined such that from the three loudspeakers to the first microphone a first transmission channel h 1 is defined, that from the three loudspeakers to the second microphone 11 a second transmission channel h 2 is defined, that of the three speakers to the third microphone 12, a third transmission channel h 3 is defined.
- a test signal is respectively embedded in a modified microphone signal using an embedding device 20, 21, 22 in order to obtain a respective embedding signal for each microphone channel at the output of the device 21, 21 and 22.
- a first test signal p 1 is embedded in the modified microphone signal of the first microphone 10 in order to obtain a first embedding signal.
- a second test signal p 2 is embedded to obtain a second embedding signal.
- a third test signal p 3 is embedded in the modified microphone signal of the third microphone 12 to obtain a third embedding signal.
- a subtractor 30, 31, 32 is further associated with each microphone.
- the subtracting means is arranged to subtract a simulated feedback component, which in the ideal case is equal to the feedback component f i (t) received by a microphone, from the microphone signal.
- a modified microphone signal is present at the output of the respective subtraction device 30, 31, 32, which corresponds to the original useful signal s 1 (t), s 2 (t) or s 3 (t).
- each microphone is assigned its own channel simulation filter 40, 41, 42, wherein the first simulation filter 40 is designed to have the same channel impulse response h 1 (t) as shown in block 17, wherein in Fig. 1b not only the free space channel is assigned to the presentation in block 17, but also the transfer function by the block mixture / amplification 16.
- the simulated channel impulse response also already includes the necessary delay.
- the second channel simulation filter 41 is configured to have the same channel impulse response h 2 (t) as outlined in block 17 (including mixing / amplification).
- the third simulation filter 42 is designed to have the same channel impulse response h 3 (t) as indicated in block 17 (including mixing / amplification).
- the channel impulse responses for setting the simulation filters 40, 41, 42 are determined in respective devices 50, 51, 52 for determining a characteristic of a transmission channel.
- the first means 50 for determining obtains the test signal which has been fed into the modified microphone signal of the microphone 10.
- the second device 51 is provided for determining the Test signal p 2 , which has been used in the means 21 for embedding.
- means 32 for determining the third microphone receives the same test signal p 3 which has been fed into the modified microphone signal of the third microphone.
- the three test signals p 1 , p 2 , p 3 are each pseudo-noise sequences that are orthogonal to each other so that they are cross-correlated with the one in the devices 50, 51, 52 for detection respective test signal p 1 , p 2 , p 3 can be distinguished from the provided with the other test signals modified microphone signals and thus emitted speaker signals.
- a cross-correlation eg of the microphone signal of the first microphone 10 with the pseudo-noise sequence p 1 will cause the modified microphone signals provided with the pseudo-noise sequences to be out-correlated by the second and the third microphone, so that only the actual one of the first Microphone signal to be subtracted feedback component, which is problematic in terms of generating a feedback is subtracted.
- feedback signals from the other two microphones 11, 12 are not critical here, since such feedback signals in the signal processing path from the first microphone to the three loudspeakers 13, 14, 15 are uncritical of feedback generation.
- the embedding signal of this microphone channel is further used and filtered for filter parameter calculation for each microphone channel.
- the filter 40 for generating the filtered signal to be supplied to the device 30 receives the embedding signal on Output of the device 20 is supplied. Accordingly, the filter 41 is fed with the embedding signal from the device 21. In addition, the filter 42 is fed with the embedding signal from the device 22.
- FIG. 1 a merely subtracts the signal that is problematic for feedback. So far problematic for a feedback via the first microphone is only the (former) signal from the first microphone, which is (later) coupled again. In this case, it does not matter from which speaker (s) the first microphone signal is reproduced.
- the channel calculated by correlation of the first microphone signal with the first test signal corresponds to a "loopback", ie a round trip from the microphone, via the mix / amplification, one or more loudspeakers and the free space channel back to the microphone (including the transmission characteristic of the actually used microphone) ,
- a "loopback" ie a round trip from the microphone, via the mix / amplification, one or more loudspeakers and the free space channel back to the microphone (including the transmission characteristic of the actually used microphone)
- the determined impulse response h 1 "automatically” also includes the occurred in the feedback loop delay, so that no further precautions must be taken for this.
- the situation is transparent in that the psychoacoustic masking threshold of the signal fed into the embedding device can be used for spectral coloring.
- a loudspeaker signal could also be fed back and fed into the filter.
- the assignment is such that the speaker signal 13 is filtered and returned to the first microphone 10, in principle arbitrary. If the dominant assignment of the first microphone is more to the loudspeaker 2, the loudspeaker signal of the loudspeaker 14 would be fed back via the simulation filter 40 to the first microphone.
- the assignment of the loudspeaker signals to the microphones is therefore merely exemplary in FIG. 1 a and may also vary from time to time depending on the mixture in the signal processing device 16.
- the alternative embodiment of the present invention shown in Fig. 1b differs from the embodiment shown in Fig. 1a in that loudspeaker signals are fed back instead of embedding signals, and in that the signals of the various loudspeakers 13, 14, 15 in one Summing means 23 are summed, and that then the loudspeaker sum signal with the corresponding different simulation filters 40, 41, 42 is filtered to produce the three synthesized feedback components which are supplied to the respective subtractors 30, 31, 32, as shown in FIG. 1b is shown.
- a resulting feedback signal f 1 (t) which consists of signal components of the first, second and third loudspeaker modified by a corresponding definable transfer function.
- a first transmission function h 1 is defined.
- a transfer function h 2 is defined and, finally, a resulting transfer function h 3 is defined for the transmission of the sum signal to the third microphone 12.
- transfer functions h 1 , h 2 , h 3 are again determined in the devices 50, 51, 52 preferably by cross-correlation with the corresponding pseudo Neuseh sequence p 1 , p 2 or p 3 assigned to a specific microphone.
- the execution of the subtraction devices 30, 31, 32, the embedding devices 20, 21, 22 and the simulation filter 40, 41, 42 is designed as in the embodiment described with reference to FIG. La.
- the embedding of the test signal does not take place on the microphone side but on the loudspeaker side.
- nxm different channels can be defined, where n is a number of loudspeakers greater than or equal to 1, and where m is a number of microphones greater than or equal to 1.
- the channel from the second loudspeaker 14 to the first microphone 10, designated h 12 can be calculated.
- the microphone signal of the first microphone 10 with the third pseudo-noise sequence p 3 can be simulated.
- the devices 50, 51, 52 are thus able to calculate for the channel of each speaker to each microphone its own channel transfer function with which each individual loudspeaker signal can be convolved, which takes place in the simulation filters 40, 41, 42, then eg within the subtraction means 30, 31 or 30 or in an upstream block from the three channel output signals for each microphone to calculate the resulting feedback component by addition in order to arrive at a resulting feedback component.
- This is then from the fed into a respective microphone feedback signal f i (t) is subtracted to arrive at a modified microphone signal for each microphone in which each channel has been selectively considered.
- a means 50 for determining may be executed in a completely parallel manner, so as to calculate the channel impulse responses h 11 , h 12 and h 13 simultaneously, as it were.
- the corresponding device could also be designed in series, in which case a buffer is preferred with respect to an optimal temporal synchronicity of the three channels h 11 , h 12 , h 13 .
- such an intermediate storage could be dispensed with, such that the three related impulse responses from each of the speakers 13, 14, 15 to the first microphone 10 are not related to the same time period, but to successive periods, which however, it is harmless if the signals in an environment do not change too fast, relative to the time required for the correlation.
- the filtering means 40, 41, 42 may be serially or parallel, with a parallel embodiment providing the best results, such that for each possible channel of the possible channels in Fig. 2 a separate individual simulation filter is provided such that the filtering means 40, for example, actually comprises three individual simulation filters whose filter coefficients are set using the corresponding channel impulse response h 11 , h 12 , h 13 .
- the addition of the three simulated feedback components from each loudspeaker to a resulting feedback component could therefore also occur in the filter device 40 immediately after the calculation of the corresponding impulse responses and the convolution of the loudspeaker signals with these impulse responses.
- FIG. 2 as well as in the embodiments shown in FIGS.
- the three test signals p 1 , p 2 , p 3 should be as orthogonal to each other as possible. This condition is easily and safely achieved by pseudo-noise sequences, and this property is also not lost by psychoacoustic filtering of the test signals prior to embedding.
- a speaker signal is the signal actually heard by a listener. Therefore, in view of inaudible embedding of the test signals in the loudspeaker signals, the embedding will be best performed if the loudspeaker signals are used to calculate the psychoacoustic masking thresholds.
- a psychoacoustic model based on the respective loudspeaker signals 13, 14, 15 could also be calculated and used for embedding in the corresponding microphone signals in the devices 20, 21 and 22, respectively.
- reinforcements that take place between a microphone and a loudspeaker in the device 16 can easily be taken into account.
- a considerable addition / subtraction or other processing of the microphone signals is carried out in the device 16, for example in the case of a mixing process, so that a loudspeaker signal not only essentially reproduces the output signal of a single microphone, but reproduces the output signals of several microphones, an embedding of a Test signal using the psychoacoustic masking threshold inaccurate.
- the channel is subjected to a time-discrete test signal p (t).
- the channel outputs a received signal y (t) which, as is known, corresponds to the convolution of the input signal and to the channel impulse response.
- a matrix notation is used.
- a channel impulse response with only two values h 0 and h 1 is assumed without restriction of generality.
- the channel impulse response h 0 , h 1 can be written as a channel impulse response matrix H (t) having the band structure shown in Fig.
- excitation signal p (t) is written as a vector, it being assumed here that the excitation signal has only three samples p 0 , p 1 , p 2 without limiting the generality.
- the convolution illustrated in FIG. 3 corresponds to the matrix-vector multiplication illustrated in FIG. 4, so that a vector y results for the output signal.
- the cross-correlation can be written as the expected value E ⁇ ... ⁇ of the multiplication of the output signal y (t) by the conjugate-complex-transposed excitation signal p * T.
- the expected value is calculated as a limit value for N against infinity over that in FIG. 5 shown summation of individual products for different excitation signals p i .
- the multiplication and subsequent summation yields the cross-correlation matrix shown at the top left of Fig. 4, which is weighted by the rms value of the excitation signal p, represented by ⁇ p 2.
- the first row of the channel impulse response matrix is taken, whereupon the individual components are divided by ⁇ p 2 to directly obtain the individual components of the channel impulse response h 0 , h 1 .
- the spectral coloring can be represented by a digital filtering, the filter being described by a filter coefficient matrix Q.
- the correlation matrix H also results on the output side, but now still weighted with the expected value over Q x Q H.
- the cross-correlation concept for calculating the impulse response is an iterative concept, as can be seen from the expected expectation summation approach illustrated in FIG.
- the first multiplication of the reaction signal with the conjugate-complex-transposed excitation signal already provides a first still very rough estimate for the channel impulse response, which becomes better and better with each further multiplication and summation.
- the entire matrix H (t) is calculated by the iterative summation approach, it turns out that the elements set to zero in FIG Band matrix H (t) gradually go to zero, while in the middle, so the band of the matrix, the coefficients of the channel impulse response h (t) remain and take certain values.
- pseudo-noise sequences used should be dimensioned with respect to their length depending on the expected impulse response of the considered channel. Thus, impulse responses with a length of a few seconds are conceivable for larger acoustic environments. This fact must be accounted for by selecting an appropriate length of the pseudo-noise sequences for correlation.
- the method according to the invention can be implemented in hardware or in software.
- the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is executed.
- the invention thus also consists in a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention when the computer program product runs on a computer.
- the invention can thus as a Computer program with a program code for performing the method can be realized when the computer program runs on a computer.
- inventive concept can be used for any number of microphones and any number of speakers. This means, of course, also that the inventive concept can already be used advantageously for a speaker and a microphone. This is immediately apparent from FIGS. 1a, 1b and 2, when the second and the third microphone 11, 12 as well as the second and the third loudspeaker 14, 15 are ignored and also the blocks addressed by these signals are thought away.
- the embedding of the test signal does not necessarily have to be done in the modified microphone signal or the loudspeaker signal, but that an embedding of the test signal in the microphone signal in front of the corresponding subtraction device can take place, although the embedding of the test signal after the Subtraction device is preferred.
- the embedded test signal by the subtraction of a not exactly matching feedback component u. U. could be damaged, which should lead to a further complication of the channel simulation by the devices 50, 51, 52.
- a non-audible wideband signal is embedded in each microphone signal.
- This signal is adaptively adapted in terms of its spectral envelope to the recorded sound, whereby a psychoacoustic model can be used, which in principle may be arbitrary and can be calculated based on time domain data or else based on frequency domain data.
- a pseudo-noise sequence is preferred, since in such a sequence, orthogonality between several sequences can be readily achieved.
- the pre-embedded signal is compared to the pseudo-noise signal and used to calculate the acoustic characteristics of all loudspeakers to the corresponding microphone.
- a cross-correlation is preferred, which, when the iterative algorithm shown in Fig. 4 is used, can be calculated computationally-unpredictably with an arbitrarily scalable accuracy.
- the scalability provides the ability to provide a fast, but coarser, calculation for specific situations, such as a rock group that has a lot of motion on the stage, while for other application scenarios, such as those in the art. a rock group in which the performers of one are static, e.g. Scaling to a greater number of iteration values could be performed because the individual channels are less time-variant.
- an inverse filter is applied to suppress unwanted components.
- the inverse filter is realized according to the present invention by the simulation filters and the corresponding associated subtraction devices.
- the use of microphone signals allows spectrally shaped PNS signals to be stored so as to avoid interfering with original sound signals, and to compute a spectral shaping psychoacoustic model only once and not in the corresponding means for determining it again must be calculated.
- a unique PNS signal is embedded in the signal from each speaker.
- This embedding on speaker side approach allows the measurement of a path from each speaker to each microphone.
- a suppression filter is used separately for each loudspeaker, which achieves better sound quality, but at the expense of higher computational effort, but is unlikely to be particularly significant in terms of the overall cost of medium to large size sound systems.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Audiowiedergabesysteme und insbesondere auch auf Audiowiedergabesysteme in Live-Umgebungen.The present invention relates to audio playback systems, and more particularly to audio playback systems in live environments.
In typischen Rockkonzerten existiert eine hohe Dynamik dahin gehend, daß sich z.B. der Sänger auf der Bühne sehr viel bewegt. Dasselbe trifft oftmals für den Gitarristen zu. Andererseits sind jedoch die Lautsprecher in einer solchen Vorführungsumgebung statisch angeordnet. Daher bleibt es nicht aus, daß der Sänger samt seines Mikrophons, wie auch z.B. der Gitarrist samt seines an der Gitarre angebrachten Mikrophons manchmal etwas näher an Lautsprecher gerät und manchmal etwas weiter von Lautsprechern weg angeordnet ist. Während der Fall unproblematisch ist, in dem ein Mikrophon von einem Lautsprecher weit entfernt ist, ist der Fall, in dem ein Mikrophon sehr nahe an einem Lautsprecher angeordnet ist, sehr problematisch. Nachdem in dem Signalpfad vom Mikrophon zum Lautsprecher eine hohe Verstärkung vorhanden ist, führt eine Einkopplung des Lautsprechersignals in das Mikrophon dazu, daß das Mikrophon/Lautsprecher-System zu schwingen beginnt. Eine solche Schwingung äußert sich als Rückkopplung bei einer bestimmten Frequenz. Sie tritt immer dann auf, wenn die Amplituden- und die Phasenbedingung erfüllt ist. Die spezielle Phasenbedingung, die aktuell am besten erfüllt ist, legt die Frequenz fest, die typischerweise relativ hoch ist, so daß sich eine Rückkopplung als lautes Pfeifen bemerkbar macht. Dieses Pfeifen ist nicht nur für die Zuhörer unangenehm, sondern auch für die Künstler.In typical rock concerts, there is a high degree of dynamics in that, for example, the singer moves a lot on stage. The same often applies to the guitarist. On the other hand, however, the speakers are statically arranged in such a display environment. Therefore, it is not enough that the singer and his microphone, as well as the guitarist and his microphone mounted on the guitar sometimes get a little closer to the speakers and sometimes a little further away from the speakers. While the case is unproblematic where a microphone is far from a speaker, the case where a microphone is placed very close to a speaker is very problematic. After a high gain is present in the signal path from the microphone to the loudspeaker, coupling the loudspeaker signal into the microphone causes the microphone / loudspeaker system to begin to oscillate. Such a vibration manifests itself as feedback at a certain frequency. It always occurs when the amplitude and phase conditions are met. The particular phase condition that is currently best fulfilled sets the frequency, which is typically relatively high, so that feedback is perceived as loud whistling. This whistling is not only unpleasant for the listener, but also for the artists.
Signaltheoretisch ausgedrückt existiert ein stark zeitlich variabler Kanal von einem oder mehreren Lautsprechern zu einem oder mehreren Mikrophonen.In terms of signal theory, a strongly time-variable channel exists from one or more loudspeakers to one or more microphones.
Bekannte Rückkopplungsunterdrückungstechniken mischen hörbare Rückkopplungstöne in das Mikrophon ein und verwenden Filter, um eine angehende Rückkopplung zu unterdrücken.Known feedback suppression techniques mix audible feedback sounds into the microphone and use filters to suppress budding feedback.
Alternative Rückkopplungsunterdrückungstechniken verwenden eine sogenannte Pitch-Shifting-Technik, um die Rückkopplung in unhörbare Teile des Spektrums zu verschieben, so daß stabile Rückkopplungstöne vermieden werden.Alternative feedback cancellation techniques use a so-called pitch-shifting technique to shift the feedback to inaudible parts of the spectrum, thus avoiding stable feedback sounds.
Während die erste Lösung eine kurze Rückkopplung benötigt, um eine Unterdrückung auszulösen, bewirkt die andere Lösung in manchen Fällen einen seltsamen Ton, der z.B. das Singen und Intonieren für Artisten schwierig macht.While the first solution requires a short feedback to trigger suppression, the other approach in some cases causes a strange sound, e.g. makes singing and voicing difficult for artists.
Insbesondere in Mehrkanalsystemen sind die beiden genannten Rückkopplungsunterdrückungslösungen sehr problematisch wenn nicht gar undurchführbar.Especially in multi-channel systems, the two aforementioned feedback suppression solutions are very problematic if not impracticable.
Die US-Patentveröffentlichung US 2002/0064291 A1 offenbart ein Rückkopplungsunterdrückungskonzept für eine Hörhilfe mit einer Filterkonstruktion im Rückkopplungspfad, die die Rückkopplung vom Lautsprecher der Hörhilfe zum Mikrofon der Hörhilfe modelliert. Insbesondere in Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Testsignal (Probe 954) in das durch den Verstärker 118 zu verstärkende Signal durch den vorgeschalteten Summierer injiziert wird, wobei dieses Signal dann durch den Lautsprecher 120 gewissermaßen als "eingebettetes Signal" ausgesendet wird, über den Rückkopplungspfad 124 empfangen wird und gleichzeitig über die Blöcke 956, 958, 936 zur Filtereinstellung eingesetzt wird.US Patent Publication US 2002/0064291 A1 discloses a feedback suppression concept for a hearing aid having a filter construction in the feedback path which models the feedback from the hearing aid loudspeaker to the microphone of the hearing aid. In particular, Fig. 9 shows an embodiment in which a test signal (sample 954) is injected into the signal to be amplified by the amplifier 118 through the upstream summer, which signal is then sent through the loudspeaker 120 as an "embedded signal" , is received via the feedback path 124 and simultaneously inserted through the filter setting blocks 956, 958, 936.
Wichtig anzumerken ist jedoch dass die Amplitude des Sondensignals, wie es im Abschnitt [0066] auf Seite 6 des Dokumentes aufgeführt ist, erhöht wird, wenn der Eingangssignalpegel niedrig ist, während die Amplitude dieses zusätzlichen Signals reduziert wird, wenn der Eingangssignalpegel hoch ist ([0066], Zeilen 10 und 11).It is important to note, however, that the amplitude of the probe signal, as indicated in section [0066] on page 6 of the document, is increased when the input signal level is low, while the amplitude of this additional signal is reduced when the input signal level is high ([ 0066],
Das US-Patent-Nr. 6,347,148 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückkopplungsreduktion in akustischen Systemen, wobei wieder als Anwendungsgebiet Hörhilfen genannt sind. Das Eingangssignal wird einer Spektralschätzung im Block 24 und einer anschließenden psychoakustischen Bewertung unterzogen, um die Maskierungsschwelle zu berechnen. Mit dieser Maskierungsschwelle wird dann ein Ausgangssignal einer Rauschquelle im Filter 28 spektral geformt. Dieses Signal wird jedoch nicht dazu verwendet, ein Rückkopplungsunterdrückungsfilter einzustellen. Stattdessen wird unter Verwendung dieses psychoakustisch spektral gefärbten Testsignals mittels den Blöcken 32, 34 und 36 eine Rückkopplungs-Detektion durchgeführt, wie es in Spalte 5, Zeile 11 ausgeführt ist. Als Reaktion auf eine Rückkopplungs-Detektion wird dann beispielsweise frequenzselektiv die Übertragungsfunktion des Vorwärts-Pfads H2 (f) eingestell Dieses Dokument führt keine Filtereinstellung oder Subtraktion durch. Stattdessen wird basierend auf einem Pegelvergleich festgestellt, ob eine Rückkopplungssituation vorhanden ist. Als Reaktion auf eine solche Rückkopplungs-Detektion wird dann, wie es ausgeführt worden ist, eine Übertragungsfunktion eines Vorwärtspfades variiert. Diese Variation findet frequenzselektiv statt. Es wird also ein bestimmtes Frequenzband des Übertragungspfades typischerweise gedämpft, damit dort keine Rückkopplung entsteht. Natürlich führt dies zu hörbaren Artefakten, die sowohl die Zuschauer irritieren als auch den Künstler irritieren werden.US Pat. No. 6,347,148 B1 discloses a method and a device for feedback reduction in acoustic systems, again mentioning hearing aids as the field of application. The input signal is subjected to a spectral estimation in block 24 and a subsequent psychoacoustic evaluation to calculate the masking threshold. With this masking threshold, an output signal of a noise source in the filter 28 is then spectrally shaped. However, this signal is not used to set a feedback rejection filter. Instead, using this psychoacoustically spectrally stained test signal, feedback detection is performed by means of
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zum Unterdrücken einer Rückkopplung zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved concept for suppressing feedback.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1, ein Verfahren nach Patentanspruch 14 oder ein Computerprogramm nach Patentanspruch 15 gelöst.This object is achieved by a device according to
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine wirksame Rückkopplungsunterdrückung dadurch erreicht werden kann, daß ein Mikrophonsignal, das eine Überlagerung eines Nutzsignals und eines von einem Lautsprecher oder mehreren Lautsprechern stammenden Rückkopplungssignals ist, vor der Mischung bzw. Verstärkung dahin gehend verarbeitet wird, daß der Rückkopplungsanteil von dem Mikrophonsignal subtrahiert wird, so daß nach der Subtraktion lediglich das Nutzsignal verbleibt.The present invention is based on the finding that effective feedback suppression can be achieved by processing a microphone signal which is a superposition of a wanted signal and a feedback signal originating from a loudspeaker or a plurality of loudspeakers prior to mixing the feedback component is subtracted from the microphone signal so that only the wanted signal remains after the subtraction.
Unabhängig davon, ob die Rückkopplungssignalkomponente im Falle eines ungünstigen Kanals, also wenn sich das Mikrophon sehr nahe am Lautsprecher befindet, groß ist oder im Falle eines günstigen Kanals, also wenn das Mikrophon relativ weit vom Lautsprecher entfernt ist, klein ist, wird die Rückkopplungssignalkomponente vorzugsweise durchgehend von dem Mikrophonsignal entfernt. Hierzu ist es nötig, die Rückkopplungssignalkomponente am Mikrophon synthetisch zu bestimmen.Regardless of whether the feedback signal component is large in the case of an unfavorable channel, that is, if the microphone is very close to the loudspeaker, or small in the case of a favorable channel, that is, if the microphone is relatively far away from the loudspeaker, the feedback signal component will be preferred continuously removed from the microphone signal. For this purpose it is necessary to synthetically determine the feedback signal component at the microphone.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Markierungsoperation dahin gehend vorgenommen, daß das Signal, das von dem Lautsprecher ausgestrahlt wird, erkannt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß entweder in das Mikrophonsignal nach der Subtraktion oder in das Mikrophonsignal vor der Subtraktion oder in das Signal nach Mischung und Verstärkung, also in das z. B. noch digital vorliegende Wiedergabesignal für einen Lautsprecher, ein Testsignal eingebettet wird.According to the invention, a marking operation is carried out for this purpose so that the signal emitted by the loudspeaker can be detected. This is achieved in that either in the microphone signal after subtraction or in the microphone signal before the subtraction or in the signal after mixing and amplification, ie in the z. B. still digitally present playback signal for a speaker, a test signal is embedded.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Ermitteln einer Eigenschaft eines Übertragungskanals von dem Lautsprecher zu dem Mikrophon bzw. direkt für einen Rückkopplungsumlauf von einem Mikrophon wieder zu sich selbst zurück unter Verwendung des empfangenen Mikrophonsignals, das eine Überlagerung des Rückkopplungssignals und des Nutzsignals ist, und unter Verwendung des bekannten Testsignals, das eingebettet worden ist, eingesetzt.Further, according to the present invention, means for detecting a characteristic of a transmission channel from the speaker to the microphone or directly for feedback loop from a microphone back to itself using the received microphone signal which is a superposition of the feedback signal and the wanted signal, and using the known test signal that has been embedded.
Eine bevorzugte Vorgehensweise zur Ermittlung der Eigenschaft des Übertragungskanals in der Umgebung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrophon besteht darin, eine Kreuzkorrelation zwischen dem Mikrophonsignal und dem Testsignal durchzuführen. Die Kreuzkorrelation beispielsweise liefert direkt die Impulsantwort des Kanals zwischen dem betrachteten Lautsprecher und dem betrachteten Mikrophon. Alternative Kanalbestimmungsverfahren sind ebenfalls einsetzbar.A preferred way to determine the nature of the transmission channel in the environment between the loudspeaker and the microphone is to perform a cross-correlation between the microphone signal and the test signal. For example, the cross-correlation directly provides the impulse response of the channel between the considered one Speakers and the microphone considered. Alternative channel determination methods can also be used.
Unter Verwendung der ermittelten Eigenschaft des Übertragungskanals wird ein Filter eingestellt, der das Lautsprechersignal filtert, um ein gefiltertes Lautsprechersignal zu erhalten. In anderen Worten ausgedrückt wird der zeitvariante Kanal vom Lautsprecher zum Mikrophon gewissermaßen "simuliert", um das in das Mikrophon eingespeiste Rückkopplungssignal synthetisch zu berechnen, so daß es für die Subtraktionseinrichtung bereitsteht.Using the detected characteristic of the transmission channel, a filter is set which filters the loudspeaker signal to obtain a filtered loudspeaker signal. In other words, the time-variant channel from the speaker to the microphone is to a certain extent "simulated" in order to synthetically calculate the feedback signal fed into the microphone, so that it is ready for the subtraction device.
Die vorliegende Erfindung führt eine optimale Rückkopplungsunterdrückung durch, wenn der Kanal sich lediglich langsam ändert. Dies ist bei Konzerten in Anbetracht der durch menschliche Artisten bewirkten Bewegungen sehr oft der Fall. Auch wenn ein Künstler eine sehr schnelle Bewegung durchführt, so dauert diese schnelle Bewegung nicht besonders lang, derart, daß auf eine kurze schnelle Bewegung wieder eine langsamere Bewegung oder sogar eine Pause folgt. Das erfindungsgemäße System ist in der Lage, eine Rückkopplung nicht nur neu am Anfang des "Einschwingens" zu unterdrücken, sondern auch während des Einschwingens, dahin gehend, daß eine möglicherweise bereits begonnene Rückkopplung noch im Entstehen wieder unterdrückt, d.h. heraussubtrahiert, werden kann.The present invention performs optimal feedback cancellation when the channel changes only slowly. This is very often the case at concerts, given the movements made by human artists. Even if an artist makes a very fast movement, this fast movement does not take much time, so that a short, fast movement is followed by a slower movement or even a pause. The system according to the invention is capable of suppressing feedback not only newly at the beginning of the "settling" but also during the transient, in such a way that a possibly already started feedback is still suppressed, as it originated. can be subtracted out.
Andererseits führt eine schnelle Bewegung oftmals auch dazu, daß sich der Kanal wieder zum "Guten" ändert, so daß sich das Mikrophon wieder vom Kanal etwas weiter entfernt, was wiederum dazu führt, daß eine vielleicht im Entstehen befindliche Rückkopplung auch ohne Rückkopplungsunterdrückung wieder abflaut. Die Anforderung an einen zeitlich konstanten Kanal ist bei dem Unterdrückungskonzept der vorliegenden Erfindung daher sehr gering.On the other hand, a fast movement often also causes the channel to change back to "good", so that the microphone moves away from the channel a little farther, which in turn means that feedback that may be occurring may be reduced without feedback suppression. The requirement for a temporally constant channel is therefore very low in the suppression concept of the present invention.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Testsignal eine Pseudorauschsequenz, die mit geringem Aufwand beispielsweise unter Verwendung rückgekoppelter Schieberegister leicht, schnell und preisgünstig erzeugt werden kann und, wenn ein solches Schieberegister an mehreren Stellen zur Verfügung gestellt wird, ohne weiteres reproduzierbar ist. Insbesondere können mehrere Schieberegistereinrichtungen, die eine solche Pseudozufallsfolge erzeugen sollen, mit dem gleichen Startwert oder "Keim" initialisiert werden. Es ist bekannt, daß Pseudo-Noise-Folgen rauschartig aussehen, jedoch eine üblicherweise relativ große Periodendauer haben. Das rauschhafte Aussehen einer Pseudo-Noise-Folge äußert sich im Frequenzbereich betrachtet dadurch, daß das Pseudo-Rausch-Signal ein weißes Spektrum hat, derart, daß alle Frequenzen gleichermaßen stark vorkommen. Wenn die Dynamik des Mikrophonsignals einigermaßen bekannt ist, so kann dieses weiße Pseudo-Noise-Signal unmittelbar eingemischt werden, wenn sichergestellt wird, daß der Pegel des eingemischten Pseudo-Noise-Signals relativ klein ist und nicht zu hörbaren Störungen führt, bzw. zu lediglich geringfügigen hörbaren Störungen führt.In the preferred embodiment of the present invention, the test signal is a pseudo noise sequence can be easily, quickly and inexpensively produced with little effort, for example, using feedback shift register and, if such a shift register is provided in several places, is readily reproducible. In particular, multiple shift register means to generate such a pseudorandom sequence may be initialized with the same seed or "seed". It is known that pseudo-noise sequences look like noise, but usually have a relatively large period. The buzzing appearance of a pseudo-noise sequence is reflected in the frequency domain in that the pseudo-noise signal has a white spectrum, such that all frequencies are equally strong. If the dynamics of the microphone signal are reasonably known, this white pseudo-noise signal can be mixed in directly if it is ensured that the level of the pseudo-noise signal mixed in is relatively small and leads to noises that are audible, or merely minor audible interference.
Um die Wirksamkeit der Rückkopplungsunterdrückung, d.h. die Kanalsimulation zu verbessern, wird das Testsignal, unabhängig davon, ob es ein Pseudo-Noise-Signal ist oder nicht, unter Verwendung einer vorzugsweise aus dem bereits um seinen Rückkopplungsanteil befreiten Mikrophonsignal oder unter Verwendung einer aus dem verstärkten Mikrophonsignal, also dem Lautsprechersignal, abgeleiteten psychoakustischen Maskierungsschwelle bewertet.In order to improve the effectiveness of the feedback suppression, i. to improve the channel simulation, the test signal, whether or not it is a pseudo-noise signal, is derived using a microphone signal which has already been freed of its feedback component or by using one of the amplified microphone signal, that is, the loudspeaker signal psychoacoustic masking threshold.
Eine Addition des solchermaßen bewerteten Testsignals zum Mikrophonsignal bzw. zum Lautsprechersignal führt dazu, daß das eingebettete Testsignal für den Zuhörer nicht hörbar sein wird, so daß der Zuhörer von der ständig laufenden Rückkopplungsunterdrückungsprozedur nichts merkt.Addition of the thus evaluated test signal to the microphone signal or to the loudspeaker signal causes the embedded test signal to be inaudible to the listener, so that the listener will not notice the constantly running feedback suppression procedure.
Anders ausgedrückt, hat in diesem Fall die Rückkopplungsunterdrückung keine negativen Konsequenzen hinsichtlich der vom Zuschauer wahrgenommenen Wiedergabequalität. Andererseits ist für eine wirksame Unterdrückung, also für eine möglichst genaue Bestimmung der Impulsantwort des Kanals zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrophon, also zur genauen Simulation des Rückkopplungsanteils, ein Testsignal mit möglichst hoher Energie im Lautsprechersignal erstrebenswert. Die maximale Energie wird ohne Einbußen hinsichtlich der Audioqualität dann erreicht, wenn das Testsignal ein Pseudo-Noise-Signal ist, also sich über den gesamten relevanten Frequenzbereich erstreckt, und derart psychoakustisch gewichtet ist, daß es unter der Maskierungsschwelle des Lautsprechersignals ist. In Signalanteilen des Lautsprechersignals mit hoher Maskierungswirkung ist das Testsignal daher mit einer hohen Energie vertreten, während in Signalanteilen des Lautsprechersignals mit geringer Maskierungswirkung, beispielsweise in tonalen Audioanteilen, das Testsignal mit relativ wenig oder gar keiner Energie vertreten ist, dahin gehend, daß keine Audioqualitätseinbußen für den Zuhörer entstehen.In other words, in this case, the feedback suppression has no negative consequences in terms of Audience quality perceived by the viewer. On the other hand, for an effective suppression, ie for the most accurate determination of the impulse response of the channel between the speaker and the microphone, ie for accurate simulation of the feedback component, a test signal with the highest possible energy in the speaker signal is desirable. The maximum energy is achieved without sacrificing audio quality when the test signal is a pseudo-noise signal, that is over the entire relevant frequency range, and is psychoacoustically weighted to be below the masking threshold of the loudspeaker signal. In signal components of the loudspeaker signal with a high masking effect, the test signal is therefore represented with a high energy, while in signal components of the loudspeaker signal with a low masking effect, for example in tonal audio components, the test signal is represented with relatively little or no energy, to the effect that no audio quality losses for the listener arises.
An dieser Stelle sei angemerkt, daß in dem Fall, in dem das Mikrophon nicht unmittelbar vor dem Lautsprecher ist, eher laute Lautsprechersignalpassagen problematisch sind. Aufgrund der Tatsache, daß in solchen lauten Lautsprecherpassagen normalerweise die akustischen Maskierungsschwelle relativ hoch ist, ist in solchen problematischen Lautsprechersignalanteilen auch eine beträchtliche Testsignalenergie enthalten, was unmittelbar dazu führt, daß die Kanalbestimmung und damit die Rückkopplungsunterdrückung genauer und damit wirkungsvoller stattfindet. Das für die vorliegende Erfindung bevorzugte Konzept der Verwendung von Pseudo-Noise-Testsignal in Verbindung einer psychoakustischen Gewichtung bzw. Färbung des Pseudo-Noise-Testsignals führt somit dazu, daß genau in dem Fall, in dem eine gut funktionierende Rückkopplungsunterdrückung gebraucht wird, als im Falle lauter Signale, auch eine gute Kanalbestimmung mit hohem Signal/Rausch-Verhältnis durchgeführt werden kann. Die in einem solchen Fall dringend benötigte gute Rückkopplungsunterdrückung wird erfindungsgemäß auch bereitgestellt.It should be noted that in the case where the microphone is not immediately in front of the loudspeaker, rather loud loudspeaker signal passages are problematic. Due to the fact that in such loud speaker passages the acoustic masking threshold is normally relatively high, such problematic loudspeaker signal components also contain a considerable amount of test signal energy, which immediately results in more precise and thus more efficient channel determination and hence feedback suppression. The concept preferred for the present invention of using pseudo-noise test signal in conjunction with a psychoacoustic weighting of the pseudo-noise test signal thus leads to the fact that precisely in the case where a well-functioning feedback suppression is used, as in If loud signals, even a good channel determination with high signal-to-noise ratio can be performed. The good feedback needed in such a case is also provided according to the invention.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Mehrkanal-Umgebungen, bei denen mehrere Mikrophone und mehrere Lautsprecher vorhanden sind. Die Verwendung von in die einzelnen Mikrophonsignale eingebetteten unterschiedlichen Testsignalen, die vorzugsweise zueinander orthogonal sind, und die Verwendung einer Kreuzkorrelationseinrichtung für die Bestimmung jedes relevanten Kanals führen dazu, daß für jedes Mikrophon der optimale Rückkopplungsanteil berechnet werden kann. Damit findet eine flexible und an die einzelnen Mikrophonsignale genau angepaßte Rückkopplungsunterdrückung statt, da jeder Kanal einzeln simuliert wird.The present invention is particularly suitable for multi-channel environments where multiple microphones and multiple speakers are present. The use of different test signals embedded in the individual microphone signals, which are preferably mutually orthogonal, and the use of a cross-correlation device for the determination of each relevant channel results in that the optimum feedback proportion for each microphone can be calculated. This results in a flexible and to the individual microphone signals exactly matched feedback suppression takes place, since each channel is simulated individually.
Es ist zu sehen, daß für den Fall, bei dem mehrere Mikrophone und mehrere Lautsprecher an verschiedenen Orten vorgesehen sind, die Rechenleistung zur Kanalbestimmung vorzugsweise unter Verwendung einer Kreuzkorrelation beträchtlich werden kann. Dies ist jedoch nicht weiter problematisch, da eine typische Verstärkeranlage, wie z.B. ein PA-System, ein Mischpult mit beträchtlichen Ausmaßen und beträchtlichen Kosten umfaßt, wobei in einem solchen Setting einige digitale Signalprozessoren zum Berechnen der Kanaleigenschaften und zum Unterdrücken der Rückkopplungsanteile im Hinblick auf die Gesamtkosten der Anlage nicht wesentlich ins Gewicht fallen werden.It can be seen that in the case where a plurality of microphones and a plurality of speakers are provided at different locations, the computing power for channel determination may preferably become considerable using cross-correlation. However, this is not a problem since a typical amplification system, such as a loudspeaker. In such a setting, some digital signal processors for calculating the channel characteristics and suppressing the feedback components will not be significantly significant in terms of the overall cost of the system.
Andererseits bewirkt die vorliegende Erfindung eine effiziente Rückkopplungsunterdrückung ohne negative Konsequenzen für die Zuhörer einerseits und insbesondere auch für die Artisten andererseits mit typischerweise nahezu vernachläßigbaren Kosten bezogen auf das Gesamtsystem. Insbesondere wird Wert gelegt darauf, daß die Artisten nicht in ihrem künstlerischen Ausdruck gestört werden, derart, daß sie z. B. "eingetunte" hörbare Rückkopplungsunterdrückungstöne hören oder daß im Falle eines Pitch-Shifting die von dem Artisten wahrgenommenen Signale eine andere Tonhöhe haben als sie vom Artisten beispielsweise gesungen worden sind. Obgleich zu dieser bekannten Rückkopplungsunterdrückung bereits Nuancen hinsichtlich der Tonhöhenverschiebung ausreichen werden, sind dies dennoch Belästigungen für den Künstler, die ihn in seinem künstlerischen Ausdruck einschränken dürften. Andererseits ist es jedoch gerade der Künstler, der letztendlich bestimmt, welche Anlage für ihn bereitgestellt werden muß. Eine Marktakzeptanz des erfindungsgemäßen Konzepts ist daher zu erwarten, da das erfindungsgemäße Rückkopplungsunterdrückungskonzept den Artisten nicht weiter belästigt und ihm sogar eine maximale Bewegungsfreiheit gestattet, so daß er ohne unerwünschte Rückkopplungstöne befürchten zu müssen, den gesamten Bühnenraum zum künstlerischen Ausdruck benutzen kann, unabhängig davon, ob er in die Nähe einer Rückkopplungs-gefährdeten Lautsprecherkomponente kommt oder nicht.On the other hand, the present invention provides efficient feedback cancellation without negative consequences for the listeners on the one hand, and especially for the artists on the other hand, with typically almost negligible costs relative to the overall system. In particular, value is placed on the fact that the artists are not disturbed in their artistic expression, such that they z. For example, in the case of pitch shifting, the signals perceived by the performer hear a different pitch when they were sung by the artist, for example. Although nuances in pitch shifting will suffice for this well-known feedback suppression, these are still annoyances for the artist, who are likely to limit his artistic expression. On the other hand, it is precisely the artist who ultimately determines which facility must be provided for him. A market acceptance of the inventive concept is therefore to be expected because the feedback suppression concept according to the invention does not bother the artist and even allowed him a maximum freedom of movement, so that he must fear without unwanted feedback tones, the entire stage space can use for artistic expression, regardless of whether it comes close to a feedback-endangered speaker component or not.
Je nach Ausführungsform kann das Testsignal unmittelbar in die Lautsprechersignale, also vor der Analog/Digital-Wandlung und akustischen Wiedergabe, eingebettet werden. In diesem Fall wird die Anpassung an die psychoakustischen Eigenschaften des Lautsprechersignals am besten sein, da das psychoakustische Modell des Lautsprechersignals unmittelbar dafür aussagekräftig sein wird, was ein Zuschauer hört oder nicht.Depending on the embodiment, the test signal can be embedded directly in the loudspeaker signals, ie before the analog / digital conversion and acoustic reproduction. In this case, the adaptation to the psychoacoustic properties of the loudspeaker signal will be best, since the psychoacoustic model of the loudspeaker signal will be directly meaningful to what a viewer hears or not.
Eine Einbettung im Lautsprechersignal hat ferner den Vorteil, daß tatsächlich Übertragungsfunktionen von jedem Lautsprecher zu jedem Mikrophon einzeln simuliert und zur Rückkopplungsunterdrückung eingesetzt werden können. Diese erfindungsgemäße Alternative führt zu einer besseren Tonqualität für den Zuhörer, erfordert jedoch höhere Rechenleistungen dahingehend, daß wenn beispielsweise drei Mikrophone und drei Lautsprecher vorhanden sind, bereits neun unterschiedliche Übertragungskanäle hinsichtlich der Eigenschaften bestimmt, mit typischerweise FIR-Filtern nachgebildet und zur Subtraktion eingesetzt werden müssen, wobei vor der tatsächlichen Subtraktion des insgesamten Rückkopplungssignals noch eine Addition der im beschriebenen Fall von drei Lautsprechern gelieferten drei einzelnen simulierten Rückkopplungssignale durchgeführt werden muß.An embedding in the loudspeaker signal also has the advantage that in fact transmission functions from each loudspeaker to each microphone can be individually simulated and used for feedback suppression. This alternative according to the invention leads to a better sound quality for the listener, but requires higher computing power, for example if three microphones and three loudspeakers already exist, nine different transmission channels have already been determined with regard to properties, typically with FIR filters and have to be used for subtraction , wherein before the actual subtraction of the total feedback signal nor an addition of the three single simulated feedback signals supplied in the case described by three speakers must be performed.
Eine andere Alternative der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Testsignal in das modifizierte Mikrophonsignal, also nach der Subtraktion einzubetten, also noch bevor die Mikrophonsignale gemischt und verstärkt werden, um ein Einbettungssignal zu erhalten. Das Einbettungssignal wird gleichzeitig dazu verwendet, um gefiltert zu werden und um das gefilterte Signal der Subtraktionseinrichtung zuzuführen. Das psychoakustische Modell wird hier vorzugsweise auf der Basis des modifizierten Mikrophonsignals gerechnet, um die Maskierungsschwelle zum optimalen Einbetten zu erhalten.Another alternative of the present invention is to embed the test signal in the modified microphone signal, that is to say after the subtraction, that is to say before the microphone signals are mixed and amplified in order to obtain an embedding signal. The embedding signal is simultaneously used to be filtered and to supply the filtered signal to the subtractor. The psychoacoustic model is here preferably calculated on the basis of the modified microphone signal in order to obtain the masking threshold for optimum embedding.
Die Informationen über die psychoakustische Maskierungsschwelle können jedoch auch von den einzelnen Lautsprechersignalen abgeleitet und der entsprechenden Einbettungseinrichtung, die vor der Mischung/Verstärkung liegt, zugeführt werden, so daß sich eine bessere Kontrolle des Testsignals ergibt.However, the psychoacoustic masking threshold information may also be derived from the individual loudspeaker signals and applied to the appropriate embedding means prior to blending / amplification so as to provide better control of the test signal.
Wie es ausgeführt worden ist, soll das Testsignal einerseits nicht hörbar sein und andererseits mit möglichst hoher Energie vorhanden sein. Wird ein psychoakustisches Model von einem Signal abgeleitet, das dem Lautsprechersignal nicht unmittelbar entspricht, sondern nur näherungsweise entspricht, so wird die Energie des eingebetteten Testsignals um einen bestimmten Sicherheitsabstand unterhalb der psychoakustischen Maskierungsschwelle gehalten, was zwar die Verschlechterung der Audioqualität unterbindet, jedoch zu einem schlechteren Signal/Rausch-Verhältnis bei der Übertragungskanalbestimmung und damit zu einer schlechteren Rückkopplungsunterdrückung führen könnte.As has been stated, the test signal should not be audible on the one hand and be present with the highest possible energy on the other hand. If a psychoacoustic model is derived from a signal that does not directly correspond to the loudspeaker signal, but only approximates, the energy of the embedded test signal is kept below the psychoacoustic masking threshold by a certain margin, which does not impair the quality of the audio but degrades it Signal / noise ratio in the transmission channel determination and thus could lead to a poorer feedback suppression.
Andererseits sind in diesem Fall nicht so viele Kanäle zu berechnen, so daß diese Alternative rechenzeitärmer ausgebildet werden kann und somit insbesondere bei kleineren Wiedergabeanlagen oder Minimal-Wiedergabeanlagen preisgünstig eingesetzt werden kann.On the other hand, in this case, not so many channels have to be calculated, so that this alternative has a shorter computation time can be used and therefore can be used inexpensively, especially in smaller reproduction systems or minimal reproduction equipment.
Wieder alternativ kann das Testsignal in das Mikrophonsignal vor der Rückkopplungsanteil-Subtraktion eingefügt werden. Wenn der Rückkopplungsanteil genau berechnet wird, so wird das eingebettete Testsignal die Rückkopplungsanteil-Subtraktion relativ "unbeschadet" überstehen, derart, daß dieser Fall ähnlich zu dem Fall betrachtet werden kann, bei dem das Testsignal bereits in das modifizierte Mikrophonsignal eingebettet wird.Again alternatively, the test signal may be inserted into the microphone signal prior to the feedback fraction subtraction. If the feedback proportion is calculated accurately, the embedded test signal will survive the feedback fraction subtraction relatively "unscathed", such that this case can be considered similar to the case where the test signal is already embedded in the modified microphone signal.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Mehrkanalumgebung mit Einbettung auf der Mikrophonseite;
- Fig. 1b
- eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückkopplungsunterdrückungskonzepts mit Einbettung auf der Mikrophonseite;
- Fig.2
- eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Einbettung auf der Lautsprecherseite;
- Fig.3
- ein Prinzipdiagramm eines Obertragungskanals; und
- Fig.4
- eine schematische Zusammenfassung der Vorgehensweise zur Berechnung einer Impulsantwort des in Fig.3 gezeigten Übertragungskanals unter Verwendung einer Kreuzkorrelation.
- Fig. 1a
- a preferred embodiment of the present invention in a multi-channel environment with embedding on the microphone side;
- Fig. 1b
- an alternative embodiment of the inventive feedback suppression concept with embedding on the microphone side;
- Fig.2
- an alternative embodiment of the present invention with embedding on the speaker side;
- Figure 3
- a schematic diagram of an Obertragungskanals; and
- Figure 4
- a schematic summary of the procedure for calculating an impulse response of the transmission channel shown in Figure 3 using a cross-correlation.
Fig.1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Mehrkanal-Setting, bei dem mehrere Mikrophone 10, 11, 12 sowie mehrere Lautsprecher 13, 14, 15 angeordnet sind. Zwischen den Mikrophonen auf der Mikrophonseite und den Lautsprechern auf der Lautsprecherseite ist eine Signalverarbeitungs-Vorrichtung 16 angeordnet, die irgend eine Sound-Anlage ist, die neben anderen Dingen auch eine Mischung oder Verstärkung des Tonsignals, das von den Mikrophonen eingespeist wird, durchführen kann.1 shows a preferred embodiment of the present invention in a multi-channel setting, in which a plurality of
Signale von den drei Lautsprechern 13, 14, 15 überlagern sich an jedem Mikrophon und bilden ein Rückkopplungssignal fi(t) für jedes Mikrophon. Die Lautsprechersignale der Lautsprecher 13, 14, 15 werden über einen FreiraumÜbertragungskanal 17 übertragen, der derart definiert werden kann, daß von den drei Lautsprechern zum ersten Mikrophon ein erster Übertragungskanal h1 definiert wird, daß von den drei Lautsprechern zum zweiten Mikrophon 11 ein zweiter Übertragungskanal h2 definiert wird, daß von den drei Lautsprechern zum dritten Mikrophon 12 ein dritter Übertragungskanal h3 definiert wird.Signals from the three
Bei dem in Fig.1a gezeigten Ausführungsbeispiel wird in ein modifiziertes Mikrophonsignal jeweils ein Testsignal unter Verwendung einer Einbettungseinrichtung 20, 21, 22 eingebettet, um für jeden Mikrophonkanal am Ausgang der Einrichtung 21, 21 bzw. 22 ein jeweiliges Einbettungssignal zu erhalten. Insbesondere wird in das modifizierte Mikrophonsignal des ersten Mikrophons 10 ein erstes Testsignal p1 eingebettet, um ein erstes Einbettungssignal zu erhalten. In das modifizierte Mikrophon des Signals des zweiten Mikrophons 11 wird ein zweites Testsignal p2 eingebettet, um ein zweites Einbettungssignal zu erhalten. Schließlich wird in das modifizierte Mikrophonsignal des dritten Mikrophons 12 ein drittes Testsignal p3 eingebettet, um ein drittes Einbettungssignal zu erhalten.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1a, a test signal is respectively embedded in a modified microphone signal using an embedding
Um von einem Mikrophonsignal am Ausgang des jeweiligen Mikrophons 10, 11, 12 zu einem jeweiligen modifizierten Mikrophonsignal zu kommen, ist ferner jedem Mikrophon eine Subtrahiereinrichtung 30, 31, 32 zugeordnet. Die Subtrahiereinrichtung ist ausgebildet, um einen simulierten Rückkopplungsanteil, der im idealen Fall gleich dem von einem Mikrophon empfangenen Rückkopplungsanteil fi(t) ist, von dem Mikrophonsignal zu subtrahieren. Damit ist im idealen Fall am Ausgang der jeweiligen Subtrahiereinrichtung 30, 31, 32 ein modifiziertes Mikrophonsignal vorhanden, das dem ursprünglichen Nutzsignal s1(t), s2(t) bzw. s3(t) entspricht.In order to come from a microphone signal at the output of the
Zur Simulation der Rückkopplungsanteile ist jedem Mikrophon ein eigenes Kanalsimulationsfilter 40, 41, 42 zugeordnet, wobei das erste Simulationsfilter 40 ausgebildet ist, um die gleiche Kanalimpulsantwort h1(t) zu haben, wie sie im Block 17 dargestellt ist, wobei in Fig. 1b der Darstellung im Block 17 nicht nur der Freiraumkanal zugeordnet ist, sondern auch die Übertragungsfunktion durch den Block Mischung/Verstärkung 16. An dieser Stelle sei ferner drauf hingewiesen, daß die simulierte Kanalimpulsantwort ferner auch bereits die nötige Verzögerung umfaßt.To simulate the feedback components, each microphone is assigned its own
Analog ist das zweite Kanalsimulationsfilter 41 ausgebildet, um dieselbe Kanalimpulsantwort h2(t) zu haben, wie sie im Block 17 (einschließlich Mischung/Verstärkung) skizziert ist. Schließlich ist das dritte Simulationsfilter 42 ausgebildet, um dieselbe Kanalimpulsantwort h3(t) zu haben, wie sie im Block 17 (einschließlich Mischung/Verstärkung) angedeutet ist.Similarly, the second
Die Kanalimpulsantworten zum Einstellen der Simulationsfilter 40, 41, 42 werden in jeweiligen Einrichtungen 50, 51, 52 zum Ermitteln einer Eigenschaft eines Übertragungskanals ermittelt. Hierzu erhält die erste Einrichtung 50 zum Ermitteln das Testsignal, das in das modifizierte Mikrophonsignal des Mikrophons 10 eingespeist worden ist. Analog hierzu erhält die zweite Einrichtung 51 zum Ermitteln das Testsignal p2, das in der Einrichtung 21 zum Einbetten verwendet worden ist. Schließlich erhält die Einrichtung 52 zum Ermitteln für das dritte Mikrophon dasselbe Testsignal p3, das in das modifizierte Mikrophonsignal des dritten Mikrophons eingespeist worden ist.The channel impulse responses for setting the simulation filters 40, 41, 42 are determined in
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die drei Testsignale p1, p2, p3 jeweils Pseudo-Noise-Sequenzen, die zueinander orthogonal sind, so daß sie durch eine in den Einrichtungen 50, 51, 52 zum Ermitteln durchgeführte Kreuzkorrelation mit dem jeweiligen Testsignal p1, p2, p3 von den mit den anderen Testsignalen versehenen modifizierten Mikrophonsignalen und damit ausgestrahlten Lautsprechersignalen unterschieden werden können.In a preferred embodiment of the present invention, the three test signals p 1 , p 2 , p 3 are each pseudo-noise sequences that are orthogonal to each other so that they are cross-correlated with the one in the
Eine Kreuzkorrelation z.B. des Mikrophonsignals des ersten Mikrophons 10 mit der Pseudo-Noise-Folge p1 wird dazu führen, daß die mit den Pseudo-Noise-Folgen versehenen modifizierten Mikrophonsignale vom zweiten und vom dritten Mikrophon herauskorreliert werden, so daß lediglich der tatsächlich vom ersten Mikrophonsignal zu subtrahierende Rückkopplungsanteil, der problematisch hinsichtlich der Erzeugung einer Rückkopplung ist, subtrahiert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß typischerweise, wenn in der Einrichtung 16 nicht erhebliche Mikrophon/Lautsprecher-Zuordnungsveränderungen in kurzen Zeitabständen durchgeführt werden, Rückkopplungssignale von den beiden anderen Mikrophonen 11, 12 hier unkritisch sind, da solche Rückkopplungssignale in dem Signalverarbeitungspfad, der vom ersten Mikrophon zu den drei Lautsprechern 13, 14, 15 führt, hinsichtlich einer Rückkopplungserzeugung unkritisch sind.A cross-correlation eg of the microphone signal of the
Bei dem in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ferner zur Filterparameterberechnung für jeden Mikrophonkanal das Einbettungssignal dieses Mikrophonkanals verwendet und gefiltert. Insbesondere wird dem Filter 40 zum Erzeugen des gefilterten Signals, das der Einrichtung 30 zuzuführen ist, das Einbettungssignal am Ausgang der Einrichtung 20 zugeführt. Entsprechend wird das Filter 41 mit dem Einbettungssignal aus der Einrichtung 21 gespeist. Darüber hinaus wird das Filter 42 mit dem Einbettungssignal aus der Einrichtung 22 gespeist.In the embodiment of the present invention shown in Fig. 1a, the embedding signal of this microphone channel is further used and filtered for filter parameter calculation for each microphone channel. Specifically, the
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. la gezeigte Ausführungsform lediglich das Signal subtrahiert, das für ein Rückkopplung problematisch ist. Insofern problematisch für eine Rückkopplung über das erste Mikrophon ist nur das (frühere) Signal aus dem ersten Mikrophon, das (später) wieder eingekoppelt wird. So ist es in diesem Fall egal, von welchem(n) Lautsprecher(n) das erste Mikrophonsignal wiedergegeben wird. Der durch Korrelation des ersten Mikrophonsignals mit dem ersten Testsignal berechnete Kanal entspricht einem "Rückkopplungsumlauf", also einem Umlauf vom Mikrophon, über die Mischung/Verstärkung, einen bzw. mehrere Lautsprecher und den Freiraumkanal zurück zum Mikrophon (einschließlich der Übertragungscharakteristik des tatsächlich verwendeten Mikrophons). Ferner sei darauf hingewiesen, daß die ermittelte Impulsantwort h1 "automatisch" auch die in dem Rückkopplungsumlauf aufgetretene Verzögerung beinhaltet, so daß hierfür keine weiteren Vorkehrungen getroffen werden müssen. Ferner ist in diesem Fall die Situation dahingehend transparent, daß zur spektralen Färbung die psychoakustische Maskierungsschwelle des in die Einbettungseinrichtung eingespeisten Signals herangezogen werden kann.It should be noted that the embodiment shown in FIG. 1 a merely subtracts the signal that is problematic for feedback. So far problematic for a feedback via the first microphone is only the (former) signal from the first microphone, which is (later) coupled again. In this case, it does not matter from which speaker (s) the first microphone signal is reproduced. The channel calculated by correlation of the first microphone signal with the first test signal corresponds to a "loopback", ie a round trip from the microphone, via the mix / amplification, one or more loudspeakers and the free space channel back to the microphone (including the transmission characteristic of the actually used microphone) , It should also be noted that the determined impulse response h 1 "automatically" also includes the occurred in the feedback loop delay, so that no further precautions must be taken for this. Furthermore, in this case, the situation is transparent in that the psychoacoustic masking threshold of the signal fed into the embedding device can be used for spectral coloring.
Alternativ könnte auch ein Lautsprechersignal zurückgeführt werden und in das Filter eingespeist werden. Je nach hauptsächlicher Abbildung eines Mikrophons auf einen Lautsprecher ist die Zuordnung derart, daß das Lautsprechersignal 13 gefiltert und zum ersten Mikrophon 10 zurückgeführt wird, prinzipiell beliebig. Wenn die dominante Zuordnung des ersten Mikrophons eher zum Lautsprecher 2 ist, so würde das Lautsprechersignal des Lautsprecher 14 über das Simulationsfilter 40 zum ersten Mikrophon zurückgeführt werden. Die Zuordnung der Lautsprechersignale zu den Mikrophonen ist somit in Fig. 1a lediglich beispielhaft zu sehen und kann auch von Zeit zu Zeit je nach Mischung in der Signalverarbeitungsvorrichtung 16 variieren.Alternatively, a loudspeaker signal could also be fed back and fed into the filter. Depending on the main figure of a microphone on a speaker, the assignment is such that the
Das in Fig. 1b gezeigte zu Fig. 1a alternative Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß Lautsprechersignale zurückgeführt werden, und nicht Einbettungssignale, und daß die Signale der verschiedenen Lautsprecher 13, 14, 15 in einer Summationseinrichtung 23 aufsummiert werden, und daß dann das Lautsprecher-Summensignal mit den entsprechenden unterschiedlichen Simulationsfiltern 40, 41, 42 gefiltert wird, um die drei synthetisierten Rückkopplungsanteile zu erzeugen, die den entsprechenden Subtraktionseinrichtungen 30, 31, 32 zugeführt werden, wie es in Fig. 1b gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß sich im Übertragungskanal 17 die Lautsprechersignale sämtlicher Lautsprecher überlagern und zu beispielsweise einem resultierenden Rückkopplungssignal f1(t) führen, das aus Signalanteilen des ersten, zweiten und dritten Lautsprechers modifiziert um eine entsprechend definierbare Übertragungsfunktion besteht. Für die Übertragung des Summensignals der drei Lautsprecher, die sich im Freiraumübertragungskanal überlagern, zum ersten Mikrophon wird eine erste Übertragungsfunktion h1 definiert. Für die Übertragung des Summensignals zum zweiten Mikrophon 11 wird eine Übertragungsfunktion h2 definiert und schließlich wird für die Übertragung des Summensignals zum dritten Mikrophon 12 eine resultierende Übertragungsfunktion h3 definiert.The alternative embodiment of the present invention shown in Fig. 1b differs from the embodiment shown in Fig. 1a in that loudspeaker signals are fed back instead of embedding signals, and in that the signals of the
Diese Übertragungsfunktionen h1, h2, h3 werden in den Einrichtungen 50, 51, 52 wieder vorzugsweise durch Kreuzkorrelation mit der entsprechenden, einem bestimmten Mikrophon zugeordneten Pseudo-Neuseh-Folge p1, p2 bzw. p3 ermittelt. Die Ausführung der Subtraktionseinrichtungen 30, 31, 32, der Einbettungseinrichtungen 20, 21, 22 sowie der Simulationsfilter 40, 41, 42 ist wie in dem anhand von Fig. la beschriebenen Ausführungsbeispiel gestaltet.These transfer functions h 1 , h 2 , h 3 are again determined in the
Nachfolgend wird auf das in Fig. 2 schematisch dargestellte weitere Ausführungsbeispiel eingegangen. Im Unterschied zu den in Fig. 1a und 1b gezeigten Ausführungsbeispielen findet die Einbettung des Testsignals nicht auf der Mikrophonseite, sondern auf der Lautsprecherseite statt. Damit können nicht nur drei verschiedene Kanäle, sondern n x m verschiedene Kanäle definiert werden, wobei n eine Anzahl der Lautsprecher größer oder gleich 1 ist, und wobei m eine Anzahl der Mikrophone größer oder gleich 1 ist. Durch Korrelieren des Ausgangssignals des ersten Mikrophons 10 mit dem ersten Testsignal p1 kann der Kanal vom Lautsprecher 1 zum ersten Mikrophon M1 berechnet werden, der mit h11 bezeichnet ist. Durch Korrelieren des Ausgangssignals des ersten Mikrophons 10 unter Verwendung der zweiten Pseudo-Noise-Sequenz p2 kann der Kanal vom zweiten Lautsprecher 14 zum ersten Mikrophon 10, der mit h12 bezeichnet ist, berechnet werden. Analog hierzu kann durch Korrelation des Mikrophonsignals des ersten Mikrophons 10 mit der dritten Pseudo-Noise-Sequenz p3 der Kanal vom Lautsprecher LS3 zum ersten Mikrophon M1 simuliert werden, der mit h13 bezeichnet ist.In the following, the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2 will be discussed. In contrast to the exemplary embodiments shown in FIGS. 1a and 1b, the embedding of the test signal does not take place on the microphone side but on the loudspeaker side. Thus, not only three different channels but also nxm different channels can be defined, where n is a number of loudspeakers greater than or equal to 1, and where m is a number of microphones greater than or equal to 1. By correlating the output of the
Analog hierzu kann für die Ausgangssignale der Mikrophone 11 und 12 vorgegangen werden, wie es anhand der Einrichtungen 50, 51, 52 zum Ermitteln angedeutet ist. Die Einrichtungen 50, 51, 52 sind somit in der Lage, für den Kanal von jedem Lautsprecher zu jedem Mikrophon eine eigene Kanalübertragungsfunktion zu berechnen, mit der jedes einzelne Lautsprechersignal gefaltet werden kann, was in den Simulationsfiltern 40, 41, 42 stattfindet, um dann z.B. innerhalb der Subtraktionseinrichtung 30, 31 bzw. 30 oder in einem vorgeschalteten Block aus den drei Kanalausgangssignalen für jedes Mikrophon den resultierenden Rückkopplungsanteil durch Addition zu berechnen, um zu einem resultierenden Rückkopplungsanteil zu kommen. Dies wird dann von dem in ein jeweiliges Mikrophon eingespeisten Rückkopplungssignal fi(t) subtrahiert, um zu einem modifizierten Mikrophonsignal für jedes Mikrophon zu gelangen, bei dem jeder Kanal selektiv berücksichtigt worden ist.Analogously, the procedure for the output signals of the
Je nach Ausführungsform kann eine Einrichtung 50 zum Ermitteln vollständig parallel ausgeführt sein, um gewissermaßen gleichzeitig die Kanalimpulsantworten h11, h12 und h13 zu berechnen. Die entsprechende Einrichtung könnte jedoch auch seriell ausgeführt sein, wobei dann im Hinblick auf eine optimale zeitliche Synchronität der drei Kanäle h11, h12, h13 untereinander ein Zwischenspeicher bevorzugt wird. Unter Inkaufnahme eines gewissen Fehlers könnte jedoch auf eine solche Zwischenspeicherung verzichtet werden, derart, daß die drei zueinander gehörigen Impulsantworten von jedem der Lautsprecher 13, 14, 15 zu dem ersten Mikrophon 10 zwar nicht auf denselben Zeitraum, sondern auf aufeinanderfolgende Zeiträume bezogen sind, was jedoch dann unschädlich ist, wenn sich die Signale in einer Umgebung nicht all zu schnell ändern, und zwar bezogen auf die zur Korrelation benötigte Zeit.Depending on the embodiment, a
Ebenso können die Filtereinrichtungen 40, 41, 42 seriell oder parallel ausgeführt sein, wobei eine parallele Ausführung die besten Ergebnisse liefert, derart, daß für jeden möglichen Kanal der in Fig. 2 möglichen Kanäle ein eigenes einzelnes Simulationsfilter vorgesehen wird, derart, daß die Filtereinrichtung 40 beispielsweise eigentlich drei einzelne Simulationsfilter umfaßt, deren Filterkoeffizienten unter Verwendung der entsprechenden Kanalimpulsantwort h11, h12, h13 eingestellt werden. Die Aufaddition der drei simulierten Rückkopplungsanteile von jedem Lautsprecher in einen resultierenden Rückkopplungsanteil könnte daher auch in der Filtereinrichtung 40 unmittelbar im Anschluß an die Berechnung der entsprechenden Impulsantworten und die Faltung der Lautsprechersignale mit diesen Impulsantworten vonstatten gehen. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sollte ebenso wie bei dem in den Fig. 1a und 1b gezeigten Ausführungsbeispielen die drei Testsignale p1, p2, p3 möglichst gut orthogonal zueinander sein. Diese Bedingung ist durch Pseudo-Noise-Sequenzen einfach und sicher zu erreichen, wobei diese Eigenschaft auch nicht durch eine psychoakustische Filterung der Testsignale vor dem Einbetten verlorengeht.Likewise, the filtering means 40, 41, 42 may be serially or parallel, with a parallel embodiment providing the best results, such that for each possible channel of the possible channels in Fig. 2 a separate individual simulation filter is provided such that the filtering means 40, for example, actually comprises three individual simulation filters whose filter coefficients are set using the corresponding channel impulse response h 11 , h 12 , h 13 . The addition of the three simulated feedback components from each loudspeaker to a resulting feedback component could therefore also occur in the
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sei angemerkt, daß ein Lautsprechersignal das Signal ist, das ein Zuhörer tatsächlich hört. Im Hinblick auf eine nichthörbare Einbettung der Testsignale in die Lautsprechersignale wird die Einbettung daher am besten durchgeführt werden können, wenn die Lautsprechersignale zur Berechnung der psychoakustischen Maskierungsschwellen herangezogen werden.In the embodiment shown in Fig. 2, it should be noted that a speaker signal is the signal actually heard by a listener. Therefore, in view of inaudible embedding of the test signals in the loudspeaker signals, the embedding will be best performed if the loudspeaker signals are used to calculate the psychoacoustic masking thresholds.
So könnte auch bei dem in Fig. 1b gezeigten Ausführungsbeispiel ein psychoakustisches Modell auf der Basis der jeweiligen Lautsprechersignale 13, 14, 15 berechnet werden und zum Einbetten in die entsprechenden Mikrophonsignale in den Einrichtungen 20, 21 bzw. 22 herangezogen werden. So können im psychoakustischen Modell ohne weiteres Verstärkungen berücksichtigt werden, die zwischen einem Mikrophon und einem Lautsprecher in der Einrichtung 16 stattfinden. Wird jedoch in der Einrichtung 16 z.B. im Falle eines Mischvorgangs eine erhebliche Addition/Subtraktion bzw. sonstige Verarbeitung der Mikrophonsignale durchgeführt, so daß ein Lautsprechersignal nicht nur im wesentlichen das Ausgangssignal eines einzigen Mikrophons wiedergibt, sondern Ausgangssignale mehrerer Mikrophone wiedergibt, so wird eine Einbettung eines Testsignals unter Verwendung der psychoakustischen Maskierungsschwelle ungenauer. Dies liegt daran, daß einerseits nicht unmittelbar ein einziges Lautsprechersignal zur Berechnung der psychoakustischen Maskierungsschwelle hergenommen werden kann, und andererseits auch nicht unmittelbar ein Mikrophon zur Berechnung der psychoakustischen Maskierungsschwelle hergenommen werden kann. Nachdem die Mischung im Mischpult 16 jedoch deterministisch erfolgt, wird es in einem solchen Fall bevorzugt, eine psychoakustische Maskierungsschwelle eines entsprechend dem Mischvorgang nachgebildeten Signals zu berechnen, um ein Lautsprechersignal zu erhalten, in dem, wenn das Lautsprechersignal die Kombination mehrerer Mikrophonsignale ist, die Testsignale mehrerer Mikrophone unterschiedlich stark oder gleich stark eingebettet sind, wobei die Testsignale, insgesamt gesehen jedoch der psychoakustischen Maskierungsschwelle eines Lautsprechersignals im wesentlichen folgen, so daß eine Einbettung mit maximaler Energie erreicht wird, während gleichzeitig keine oder nur vernachlässigbar kleine Audioqualitätseinbußen bewirkt werden.Thus, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1b, a psychoacoustic model based on the respective loudspeaker signals 13, 14, 15 could also be calculated and used for embedding in the corresponding microphone signals in the
Nachfolgend wird zusammengefaßt, wie die Impulsantwort h(t) eines Kanals durch Kreuzkorrelation bestimmt wird. Hierzu wird der Kanal mit einem zeitdiskreten Testsignal p(t) beaufschlagt. Der Kanal gibt ausgangsseitig ein Empfangssignal y(t) aus, das, wie es bekannt ist, der Faltung des Eingangssignals und mit der Kanalimpulsantwort entspricht. Zur nachfolgenden Erläuterung einer Vorgehensweise zur Bestimmung der Kreuzkorrelation anhand von Fig. 4 wird auf eine Matrixschreibweise übergegangen. Beispielhaft wird eine Kanalimpulsantwort mit lediglich zwei Werten h0 und h1 ohne Einschränkung der Allgemeinheit angenommen. Die Kanalimpulsantwort h0, h1 kann als Kanalimpulsantwortmatrix H(t) geschrieben werden, die die in Fig. 4 gezeigte Bandstruktur hat, wobei die restlichen Elemente der Matrix mit Nullen aufgefüllt werden. Darüber hinaus wird das Anregungssignal p(t) als Vektor geschrieben, wobei hier angenommen wird, daß das Anregungssignal ohne Einschränkung der Allgemeinheit lediglich drei Samples p0, p1, p2 hat.The following summarizes how the impulse response h (t) of a channel is determined by cross-correlation. For this purpose, the channel is subjected to a time-discrete test signal p (t). On the output side, the channel outputs a received signal y (t) which, as is known, corresponds to the convolution of the input signal and to the channel impulse response. For the following explanation of a procedure for determining the cross-correlation with reference to FIG. 4, a matrix notation is used. By way of example, a channel impulse response with only two values h 0 and h 1 is assumed without restriction of generality. The channel impulse response h 0 , h 1 can be written as a channel impulse response matrix H (t) having the band structure shown in Fig. 4, with the remaining elements of the matrix filled with zeros. In addition, the excitation signal p (t) is written as a vector, it being assumed here that the excitation signal has only three samples p 0 , p 1 , p 2 without limiting the generality.
Es kann gezeigt werden, daß die in Fig. 3 dargestellte Faltung der in Fig. 4 dargestellten Matrix-Vektor-Multiplikation entspricht, so daß sich ein Vektor y für das Ausgangssignal ergibt. Die Kreuzkorrelation kann als Erwartungswert E{...} der Multiplikation des Ausgangssignals y(t) mit dem konjugiert-komplex-transponierten Anregungssignal p*T geschrieben werden. Der Erwartungswert berechnet sich als Grenzwert für N gegen unendlich über die in Fig. 5 dargestellte Aufsummation von einzelnen Produkten für verschiedene Anregungssignale pi. Die Multiplikation und anschließende Aufsummation ergibt die Kreuzkorrelationsmatrix, die in Fig. 4 links oben dargestellt ist, wobei dieselbe gewichtet mit dem Effektivwert des Anregungssignals p ist, der mit σp2 dargestellt ist. Zum unmittelbaren Erhalten der Kanalimpulsantwort h(t) wird beispielsweise die erste Zeile der Kanalimpulsantwortmatrix genommen, woraufhin die einzelnen Komponenten durch σp 2 geteilt werden, um unmittelbar die einzelnen Komponenten der Kanalimpulsantwort h0, h1 zu erhalten.It can be shown that the convolution illustrated in FIG. 3 corresponds to the matrix-vector multiplication illustrated in FIG. 4, so that a vector y results for the output signal. The cross-correlation can be written as the expected value E {...} of the multiplication of the output signal y (t) by the conjugate-complex-transposed excitation signal p * T. The expected value is calculated as a limit value for N against infinity over that in FIG. 5 shown summation of individual products for different excitation signals p i . The multiplication and subsequent summation yields the cross-correlation matrix shown at the top left of Fig. 4, which is weighted by the rms value of the excitation signal p, represented by
Wird anstatt eines weißen Anregungssignals p(t) ein spektral gefärbtes Anregungssignal verwendet, so kann die spektrale Färbung durch eine digitale Filterung dargestellt werden, wobei das Filter durch eine Filterkoeffizientenmatrix Q beschrieben wird. In der in Fig. 4 in der letzten Zeile dargestellten Gleichung ergibt sich ebenfalls ausgangsseitig die Korrelationsmatrix H, nun jedoch noch gewichtet mit dem Erwartungswert über Q x QH. Durch Division der einzelnen Impulsantwortkoeffizienten h0, h1 durch den Erwartungswert über Q x QH, also durch Berücksichtigung des Färbungsfilters beispielsweise in der Einrichtung 50 zum Ermitteln einer Eigenschaft des Übertragungskanals von Fig. 1a, 1b oder 2 kann unmittelbar die Kanalimpulsantwort hinsichtlich ihrer einzelnen Komponenten bestimmt werden.If a spectrally colored excitation signal is used instead of a white excitation signal p (t), then the spectral coloring can be represented by a digital filtering, the filter being described by a filter coefficient matrix Q. In the equation shown in the last line in FIG. 4, the correlation matrix H also results on the output side, but now still weighted with the expected value over Q x Q H. By dividing the individual impulse response coefficients h 0 , h 1 by the expected value over Q x Q H , ie by taking into account the color filter, for example in the
Es sei darauf hingewiesen, daß das Kreuzkorrelationskonzept zum Berechnen der Impulsantwort ein iteratives Konzept ist, wie es aus dem in Fig. 4 dargestellten Summationsansatz für den Erwartungswert ersichtlich ist. Die erste Multiplikation des Reaktionssignals mit dem konjugiert-komplex-transponierten Anregungssignal liefert bereits einen ersten noch sehr groben Schätzwert für die Kanalimpulsantwort, der mit jeder weiteren Multiplikation und Aufsummation immer besser wird. Wird die gesamte Matrix H(t) durch den iterativen Summationsansatz berechnet, so stellt sich heraus, daß die in Fig. 4 links oben zu Null gesetzten Elemente der Bandmatrix H(t) nach und nach gegen Null gehen, während in der Mitte, also dem Band der Matrix, die Koeffizienten der Kanalimpulsantwort h(t) verbleiben und bestimmte Werte annehmen. Noch einmal sei darauf hingewiesen, daß es nicht erforderlich ist, die gesamte Matrix zu berechnen. Es genügt, lediglich z. B. eine Zeile der Matrix H(t) zu berechnen, um die gesamte Kanalimpulsantwort zu erhalten.It should be noted that the cross-correlation concept for calculating the impulse response is an iterative concept, as can be seen from the expected expectation summation approach illustrated in FIG. The first multiplication of the reaction signal with the conjugate-complex-transposed excitation signal already provides a first still very rough estimate for the channel impulse response, which becomes better and better with each further multiplication and summation. If the entire matrix H (t) is calculated by the iterative summation approach, it turns out that the elements set to zero in FIG Band matrix H (t) gradually go to zero, while in the middle, so the band of the matrix, the coefficients of the channel impulse response h (t) remain and take certain values. Once again, it should be noted that it is not necessary to calculate the entire matrix. It is enough, only z. For example, to calculate a row of the matrix H (t) to obtain the total channel impulse response.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Konzept nicht auf die anhand von Fig. 4 beschriebene Vorgehensweise zur Berechnung der Kreuzkorrelation beschränkt ist. Sämtlichen anderen Verfahren zum Berechnen der Kreuzkorrelation zwischen einem Meßsignal und einem Reaktionssignal sind ebenfalls einsetzbar. Andere Verfahren zur Bestimmung einer Impulsantwort anstelle der Kreuzkorrelation können ebenfalls verwendet werden.It should be noted at this point that the concept according to the invention is not restricted to the procedure for calculating the cross-correlation described with reference to FIG. 4. All other methods for calculating the cross-correlation between a measurement signal and a response signal can also be used. Other methods of determining an impulse response in lieu of cross-correlation may also be used.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die verwendeten Pseudo-Noise-Sequenzen hinsichtlich ihrer Länge abhängig von der zu erwartenden Impulsantwort des betrachteten Kanals dimensioniert sein sollten. So sind für größere akustische Umgebungen durchaus Impulsantworten mit der Länge von einigen wenigen Sekunden denkbar. Dieser Tatsache muß durch Auswahl einer entsprechenden Länge der Pseudo-Noise-Sequenzen zur Korrelation Rechnung getragen werden.It should be noted at this point that the pseudo-noise sequences used should be dimensioned with respect to their length depending on the expected impulse response of the considered channel. Thus, impulse responses with a length of a few seconds are conceivable for larger acoustic environments. This fact must be accounted for by selecting an appropriate length of the pseudo-noise sequences for correlation.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, daß das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.Depending on the circumstances, the method according to the invention can be implemented in hardware or in software. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is executed. In general, the invention thus also consists in a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus as a Computer program with a program code for performing the method can be realized when the computer program runs on a computer.
An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Konzept für beliebige Anzahlen von Mikrophonen und beliebige Anzahlen von Lautsprechern eingesetzt werden kann. Dies bedeutet selbstverständlich, auch, daß das erfindungsgemäße Konzept bereits für einen Lautsprecher und ein Mikrophon vorteilhaft eingesetzt werden kann. Dies ergibt sich unmittelbar aus den Fig. 1a, 1b und 2, wenn das zweite und das dritte Mikrophon 11, 12 sowie der zweite und der dritte Lautsprecher 14, 15 ignoriert werden und ebenfalls die von diesen Signalen angesprochenen Blöcke weggedacht werden.It should be pointed out again that the inventive concept can be used for any number of microphones and any number of speakers. This means, of course, also that the inventive concept can already be used advantageously for a speaker and a microphone. This is immediately apparent from FIGS. 1a, 1b and 2, when the second and the
An dieser Stelle sei ferner darauf hingewiesen, daß die Einbettung des Testsignals nicht unbedingt in das modifizierte Mikrophonsignal oder das Lautsprechersignal zu erfolgen hat, sondern daß auch eine Einbettung des Testsignals in das Mikrophonsignal vor der entsprechenden Subtraktionseinrichtung erfolgen kann, obgleich das Einbetten des Testsignals nach der Subtraktionseinrichtung bevorzugt wird. Dies liegt daran, daß im Falle einer nicht so günstigen Kanalimpulsantwortberechnung und damit im Falle eines nicht besonders präzise synthetisierten Rückkopplungsanteils das eingebettete Testsignal durch die Subtraktion eines nicht genau passenden Rückkopplungsanteils u. U. beschädigt werden könnte, was zu einer weiteren Erschwerung der Kanalsimulation durch die Einrichtungen 50, 51, 52 führen dürfte.At this point it should also be noted that the embedding of the test signal does not necessarily have to be done in the modified microphone signal or the loudspeaker signal, but that an embedding of the test signal in the microphone signal in front of the corresponding subtraction device can take place, although the embedding of the test signal after the Subtraction device is preferred. This is due to the fact that in the case of a not so favorable channel impulse response calculation and thus in the case of a not particularly precisely synthesized feedback component, the embedded test signal by the subtraction of a not exactly matching feedback component u. U. could be damaged, which should lead to a further complication of the channel simulation by the
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einem Mehrkanal-Setting wird somit in jedes Mikrophonsignal ein nicht-hörbares Breitbandsignal eingebettet. Dieses Signal wird hinsichtlich seiner spektralen Einhüllenden adaptiv an den aufgezeichneten Ton angepaßt, wobei ein psychoakustisches Modell eingesetzt werden kann, welches prinzipiell beliebig sein darf und basierend auf Zeitbereichsdaten oder aber auch basierend auf Frequenzbereichsdaten berechnet werden kann. Als Breitbandsignal wird eine Pseudo-Rausch-Sequenz bevorzugt, da bei einer solchen Sequenz eine Orthogonalität zwischen mehreren Sequenzen ohne weiteres erreicht werden kann.Thus, in preferred embodiments of the present invention in a multi-channel setting, a non-audible wideband signal is embedded in each microphone signal. This signal is adaptively adapted in terms of its spectral envelope to the recorded sound, whereby a psychoacoustic model can be used, which in principle may be arbitrary and can be calculated based on time domain data or else based on frequency domain data. As a broadband signal, a pseudo-noise sequence is preferred, since in such a sequence, orthogonality between several sequences can be readily achieved.
Für jedes Mikrophon wird das aufgezeichnete Signal vor dem Einbetten mit dem Pseudo-Rausch-Signal verglichen und verwendet, um die akustischen Eigenschaften von allen Lautsprechern zu dem entsprechenden Mikrophon zu berechnen. Als Vergleichsoperation wird eine Kreuzkorrelation bevorzugt, die, wenn der in Fig. 4 dargestellte iterative Algorithmus eingesetzt wird, Rechenzeit-unaufwendig mit einer beliebig skalierbaren Genauigkeit berechnet werden kann. Die Skalierbarkeit liefert insbesondere die Möglichkeit, für spezielle Situationen eine schnelle, jedoch gröbere Berechnung vorzusehen, beispielsweise bei einer Rockgruppe, bei der sehr viel Bewegung auf der Bühne herrscht, während für andere Anwendungsszenarien, wie z.B. eine Rockgruppe, bei der die Artisten einer statisch sind, z.B. eine Skalierung hin zu einer größeren Anzahl von Iterationswerten durchgeführt werden könnte, da die einzelnen Kanäle weniger zeitvariant sind.For each microphone, the pre-embedded signal is compared to the pseudo-noise signal and used to calculate the acoustic characteristics of all loudspeakers to the corresponding microphone. As a comparison operation, a cross-correlation is preferred, which, when the iterative algorithm shown in Fig. 4 is used, can be calculated computationally-unpredictably with an arbitrarily scalable accuracy. In particular, the scalability provides the ability to provide a fast, but coarser, calculation for specific situations, such as a rock group that has a lot of motion on the stage, while for other application scenarios, such as those in the art. a rock group in which the performers of one are static, e.g. Scaling to a greater number of iteration values could be performed because the individual channels are less time-variant.
Unter Verwendung eines entsprechenden Kanals wird ein inverses Filter angelegt, um unerwünschte Komponenten zu unterdrücken. Das inverse Filter wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Simulationsfilter und die entsprechenden zugeordneten Subtraktionseinrichtungen realisiert. Die Verwendung von Mikrophonsignalen ermöglicht eine Speicherung von spektral geformten PNS-Signalen, so daß eine Interferenz mit ursprünglichen Schallsignalen vermieden wird, und daß ein psychoakustisches Modell zur Berechnung der spektralen Formung lediglich einmal berechnet werden muß, und nicht in der entsprechenden Einrichtung zum Ermitteln noch einmal berechnet werden muß.Using an appropriate channel, an inverse filter is applied to suppress unwanted components. The inverse filter is realized according to the present invention by the simulation filters and the corresponding associated subtraction devices. The use of microphone signals allows spectrally shaped PNS signals to be stored so as to avoid interfering with original sound signals, and to compute a spectral shaping psychoacoustic model only once and not in the corresponding means for determining it again must be calculated.
Alternativ wird, wie es anhand von Fig. 2 dargestellt worden ist, ein eindeutiges PNS-Signal in das Signal von jedem Lautsprecher eingebettet. Diese Vorgehensweise der Einbettung auf Lautsprecherseite ermöglicht die Messung eines Pfades von jedem Lautsprecher zu jedem Mikrophon. Ein Unterdrückungsfilter wird verwendet, und zwar separat für jeden Lautsprecher, wodurch eine bessere Tonqualität erreicht wird, jedoch auf Kosten höheren Rechenaufwands, der jedoch im Hinblick auf die Gesamtkosten von mittleren bis größeren Tonanlagen nicht besonders ins Gewicht fallen dürfte.Alternatively, as illustrated with reference to Figure 2, a unique PNS signal is embedded in the signal from each speaker. This embedding on speaker side approach allows the measurement of a path from each speaker to each microphone. A suppression filter is used separately for each loudspeaker, which achieves better sound quality, but at the expense of higher computational effort, but is unlikely to be particularly significant in terms of the overall cost of medium to large size sound systems.
Claims (15)
- An apparatus for suppressing feedback in an environment where a microphone (10) and a loudspeaker (13) are located, comprising:a means (20) for embedding a test signal into a loudspeaker signal, a microphone signal or a modified microphone signal to obtain an embedding signal, wherein the microphone signal is output from the microphone and wherein the loudspeaker signal is input in the loudspeaker; wherein the means (20) for embedding is formed to spectrally color the test signal by using a psychoacoustic masking threshold, so that the embedded signal is essentially inaudible;a means (50) for determining a characteristic of a transmission channel in the environment between the loudspeaker (13) and the microphone (10) by using the test signal and the microphone signal;a filter (40) for filtering the loudspeaker signal or the embedding signal to obtain a filtered signal, wherein the filter is adaptable to be adapted to the characteristic of transmission channel with regard to its filter characteristic in response to the means (50) for determining; anda means (30) for subtracting the filtered signal from the microphone signal to obtain the modified microphone signal, in which a feedback is reduced.
- The apparatus of claim 1, wherein the test signal is a pseudo-noise signal.
- The apparatus of one of the previous claims, wherein the means for determining is formed to perform a cross correlation by using the test signal and the microphone signal to calculate a channel impulse response as characteristic of the transmission channel.
- The apparatus of claim 3, wherein the means (30) for subtracting is adapted to perform a sample wise subtraction in the time domain.
- The apparatus of claim 3 or 4, wherein the filter (40) is a digital filter whose coefficients can be adjusted such that an impulse response of the filter corresponds to the channel impulse response within a predetermined deviation threshold.
- The apparatus of one of the previous claims,
wherein several microphone signals can be supplied from several microphones (10, 11, 12),
wherein an individual means for embedding (20, 21, 22) a test signal is provided for every microphone signal,
wherein every means for embedding (20, 21, 22) is fed with a different test signal to generate an individual embedding signal from every microphone signal, wherein the test signals are orthogonal to one another within a deviation threshold;
wherein a means (50, 51, 52) for determining is provided for every microphone signal which is each formed to determine a channel impulse response of a channel from a microphone via one or several loudspeakers back to the microphone, and
wherein an individual filter (40, 41, 42) is provided for every microphone signal to filter the embedding signal to obtain a filtered signal and to feed the filtered signal to a means for subtracting (30, 31, 32) for this microphone signal. - The apparatus of one of claims 1 to 5,
wherein a plurality of loudspeakers (13, 14, 15) and a plurality of microphones (10, 11, 12) are provided,
wherein an individual means (20, 21, 22) for embedding the test signal into the modified microphone signal is provided for every microphone signal,
wherein every means (20, 21, 22) for embedding is fed with a different test signal, wherein the test signals are orthogonal to one another,
wherein an individual means (50, 51, 52) for embedding is provided for every microphone signal, which is each formed to obtain a channel impulse response based on a sum (23) of signals of the loudspeaker to the corresponding microphones (10, 11, 12) and by using a test signal associated for this microphone, and
wherein it is provided for every microphone signal to filter the sum of loudspeaker signals with the filter, which has an impulse response, which has been determined by using the test signal associated to an examined microphone signal, and to supply it to means (30) for subtracting for this microphone signal. - The apparatus of one of claims 1 to 5,
wherein a plurality of loudspeakers (13, 14, 15) and a plurality of microphones (10, 11, 12) are present,
wherein an individual means (20, 21, 22) for embedding a test signal into a respective loudspeaker signal is provided for every microphone signal,
wherein every means (20, 21, 22) for embedding is fed with a different test signal, wherein the test signals are orthogonal to one another within a deviation threshold,
wherein a means (50, 51, 52) for determining is provided for every microphone signal, which is each formed to calculate channel impulse responses for channels from every loudspeaker to the microphone, wherein the test signal embedded into the loudspeaker signal for the loudspeaker is used for a channel from a loudspeaker to a microphone, and
wherein a plurality of filters is provided for every microphone signal, which is equal to a number of loudspeakers to filter every loudspeaker signal with an corresponding filter for a microphone signal, and to sum filtered loudspeaker signals from every loudspeaker to obtain a resulting synthesized feedback signal and to feed the resulting synthesized feedback signal to a means (30) for subtracting for this microphone signal. - The apparatus of one of the previous claims, further comprising:a means (16) for converting one or several modified microphone signals into one or several signals from which the loudspeaker signals are derived.
- The apparatus of claim 9, wherein the means (16) for converting is formed to perform mixing and/or amplification of modified microphone signals.
- The apparatus of claim 1, wherein the means for embedding a test signal is formed to embed the test signal into the loudspeaker signal, and
wherein the means (20) for embedding is further formed to perform embedding by using a psychoacoustic masking threshold of the loudspeaker signal. - The apparatus of claim 1, wherein the means (20) for embedding is formed to embed the test signal into the modified microphone signal, and
wherein the means (20) for embedding is further formed to evaluate the test signal prior to embedding with a psychoacoustic masking threshold of the microphone signal. - The apparatus of claim 1, wherein a plurality of microphones and a plurality of loudspeakers are present, wherein further a mixing means (16) for mixing two or several modified microphone signals is present to generate one or several loudspeaker signals, and
wherein the means (20) for embedding is formed to perform embedding of several test signals into several microphone signals such that a resulting energy of the embedded test signals results under consideration of mixing, so that the resulting energy of the embedded test signals is in a signal for a loudspeaker below a psychoacoustic masking threshold of a loudspeaker signal for this loudspeaker. - A method for suppressing feedback in an environment where a microphone (10) and a loudspeaker (13) are located, comprising:embedding (20) a test signal into a loudspeaker signal, a microphone signal or modified microphone signal to obtain an embedding signal, wherein the microphone signal is output from the microphone and wherein the loudspeaker signal is input into the loudspeaker, wherein the means (20) for embedding is formed to spectrally color the test signal by using a psychoacoustic masking threshold, so that the embedded signal is essentially inaudible;determining (50) a characteristic of a transmission channel in the environment between the loudspeaker (13) and the microphone (10) by using the test signal and the microphone signal;filtering (40) the loudspeaker signal or the embedding signal to obtain a filtered signal, wherein the filter is adaptable to be adapted with regard to its filter characteristic through the characteristic of the transmission channel; andsubtracting (30) the filtered signal from the microphone signal to obtain the modified microphone signal wherein a feedback is reduced.
- A computer program with a program code which effects the method of claim 14 when it is run on a computer.
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