EP1850639A1 - Systems for generating multiple audio signals from at least one audio signal - Google Patents
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- H04S5/00—Pseudo-stereo systems, e.g. in which additional channel signals are derived from monophonic signals by means of phase shifting, time delay or reverberation
Definitions
- the invention relates to signal systems and apparatus for the conversion of corresponding signals.
- the invention is explained with reference to various transducer systems and other practical examples.
- JP 11146499 A (Tatsuya & Masao, 1999 ) stays in the targeted Use of phase shift in the dependence on frequencies in the sense of the above quotation Dickreiters, scientifically limited, limited (" To provide a pseudo stereo circuit in simple configuration. "- Tatsuya & Masao, 1999 ), and, clearly delimited, does not constitute a specific technical implementation, characterized by the angle ⁇ , which includes the sound source and the main axis, as a central feature of the present invention.
- FIG. 5 provide an ideal pseudo-stereophonic signal based on the directional characteristics of a sphere, provided that the signals obtained are then of the prior art so-called stereo implementation described under "Equivalent Polar Pattern Combination Combinations of XY and MS Microphone Techniques" (US Pat. Diekreiter, 1987).
- the central characteristic here is the parameterization of the angle ⁇ , the sound source and the main axis, which is technically exactly realized, clearly distinguishable from the arrangement.
- FIG. 7 is the arbitrarily segmented uptake of sound events in a room de facto without restrictions or interference.
- The, binaural models exactly enabling function and construction principle is derived from FIG. 6 off.
- the stereo signal derived from the application example, III. Yields a completely compatible one, as long as the sound source does not come to rest on the main axis of the sound transducer.
- the technically implemented targeted parameterization of the angle ⁇ , the sound source and main axis include basically using the principles of action systematic so-called polarity reversal and Pegelum differences in transit times basically possible to achieve technical arrangements which are able to supply all the signal combinations corresponding to the technical state in the sense of Dickreiter's explanations (Dickreiter, 1987) or even expand this canon as desired!
- the invention also provides new technical solutions for highly efficient processor architectures.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Signalsysteme und Apparaturen zur Umformung entsprechender Signale. Erläutert wird die Erfindung anhand diverser Schallwandlersysteme und weiterer praktischer Beispiele.The invention relates to signal systems and apparatus for the conversion of corresponding signals. The invention is explained with reference to various transducer systems and other practical examples.
Der bisherige Stand der Technik läßt sich anhand des im folgenden Anwendungsbeispiel gelösten Problems, der Gewinnung eines pseudostereophonen Signals aus einem einzelnen Monosignal, mit Dickreiter wie folgt darstellen:
- "Es ist grundsätzlich nicht möglich, aus einer Monoaufnahme ein Stereosignal zu gewinnen, das mit einem wirklichen Stereosignal vergleichbar wäre." (Dickreiter, 1987)
- "It's basically not possible to get a mono from a stereo signal that would be like a real stereo signal." (Dickreiter, 1987)
Dieses Theorem hat angebliche Gültigkeit seit den Arbeiten Blumleins.This theorem is supposedly valid since the work of Blumlein.
Die Übertragung des Erfindungsgegenstands auf Schallwandlersysteme führt zur folgenden technischen Anordnung: Vorgelegtes Schaltschema FIG. 3 bzw. dessen Rechensimulation FIG. 5 liefern bei Zugrundelegen eines monophonnen Schallwandlersignals - basierend auf der Richtcharateristik einer Kugel - ein ideales pseudostereophones Signal, sofern die gewonnenen Signale anschliessend der dem Stand der Technik entsprechenden sogenannten Stereoumsetzung, beschrieben unter "Äquivalente Richtcharakteristik-Kombinationen der XY- und MS-Mikrophontechnik" (Diekreiter, 1987), unterworfen werden. Zentrales Charakteristikum ist dabei die technisch exakt realisierte, der Anordnung eindeutig entnehmbare, Parametrisierung des Winkels ϕ, den Schallquelle und Hauptachse einschließen.The transfer of the subject invention to transducer systems leads to the following technical arrangement: Presented Schematic FIG. 3 or its computer simulation FIG. 5 provide an ideal pseudo-stereophonic signal based on the directional characteristics of a sphere, provided that the signals obtained are then of the prior art so-called stereo implementation described under "Equivalent Polar Pattern Combination Combinations of XY and MS Microphone Techniques" (US Pat. Diekreiter, 1987). The central characteristic here is the parameterization of the angle φ, the sound source and the main axis, which is technically exactly realized, clearly distinguishable from the arrangement.
Basierend auf dem beschriebenen Anwendungsbeispiel läßt sich a forteriori ein völlig neuartiges Schallwandle r-system ableiten, etwa in der Form FIG. 7, das die Beliebig segmentierte Aufmahme von Schallereignissen in einem Raum de facto ohne Einschränkungen oder Interferenzen ermöglicht. Das, binaurale Modelle exakt ermöglichende Funktions- und Bauprinzip leitet sich aus FIG. 6 ab.Based on the described application example, a forteriori a completely novel Schallwandle r system can be derived, such as in the form FIG. 7, which is the arbitrarily segmented uptake of sound events in a room de facto without restrictions or interference. The, binaural models exactly enabling function and construction principle is derived from FIG. 6 off.
Rein mathematisch betrachtet ergibt das aus dem Anwendungsbeispiel, III., sich ableitende Stereosignal ein vollständig kompatibles, sofern die Schallquelle nicht auf der Hauptachse des Schallwandlers zu liegen kommt.From a purely mathematical point of view, the stereo signal derived from the application example, III., Yields a completely compatible one, as long as the sound source does not come to rest on the main axis of the sound transducer.
In der Praxis bleibt dieser Sonderfall resultierender Monophonie leicht korrigierbar, birgt sogar vielmehr den wünschenswerten Effekt in sich, innerhalb eines vollständigen Stereosichtbildes eine rein monophon wiedergegebene Schallquelle mit einem Monomikrophon reinst realisieren zu können.In practice, this special case of resulting monophony remains easily correctable, and even has the desirable effect of being able to realize a purely monophonic reproduced sound source with a monomicrophone within a complete stereoscopic vision.
Der in V. beschriebene Effekt läßt sich gezielt in der Ableitung IV. nutzen (die sich im übrigen für den Einbau sogenannter Grenzflächenmikrophone (Wuttke, 2000 2000; wohl nach Müller, Black, Davies,Bell Telephone, 1937) in einen beliebig segmentierten Körper, wie in FIG. 7 dargestellt, anbietet). Werden einer solchen Anordnung sogenannte Raum- oder Stützmikrophone (Dickreiter, 1987) gemäß den Überlegungen FIG. 6 hinzugefügt, bleibt das Resultat kompatibel.The effect described in V. can be used specifically in the derivative IV (which, incidentally, for the installation of so-called interface microphones (Wuttke, 2000 2000, probably after Müller, Black, Davies, Bell Telephone, 1937) in an arbitrarily segmented body, as shown in FIG. 7). If such an arrangement so-called room or support microphones (Dickreiter, 1987) according to the considerations FIG. 6 added, the result remains compatible.
Gleiches gilt für den Sonderfall wegfallender Segmentierung, dies entspricht dem klassischen Fall der bei Dickreiter (Dickreiter, 1987) beschriebenen Raum- oder Stützmikrophontechnik.The same applies to the special case of discontinuous segmentation, this corresponds to the classic case of the space or support microphone technology described by Dickreiter (Dickreiter, 1987).
Für die Begriffsklärung der Kompatibilität, siehe Dickreiter (Dickreiter, 1987).For the disambiguation of compatibility, see Dickreiter (Dickreiter, 1987).
Die technische Umsetzung gemäß IV. und VI. führt gemäß den Überlegungen der FIG. 6 gleichzeitig zur Verstärkung der 1. Hauptreflexion mathematisch und technisch exakt definiert im normierten Ohrabstand, die einer exakt realisierten vollständigen binauralen Lösung entspricht, und somit vollständiger stereophoner Abbildung sowohl bei Lautsprecherwiedergabe als bei Kopfhörern zu genügen vermag.The technical implementation according to IV. And VI. leads according to the considerations of FIG. 6 simultaneously for the reinforcement of the first main reflection mathematically and technically exactly defined in the normalized ear distance, which corresponds to an exactly realized complete binaural solution, and thus is able to satisfy complete stereophonic reproduction both in loudspeaker reproduction and in headphones.
Vergleiche hierzu "Äquivalente Richtcharakteristik-Kombinationen der XY- und MS-Mikrophontechnik" bei Dickreiter (Dickreiter, 1987), die anhand von Beispielen den technischen Stand erläutern.Compare this with "Equivalent directional characteristic combinations of the XY and MS microphone technique" in Dickreiter (Dickreiter, 1987), which illustrate the state of the art on the basis of examples.
In III. bis VII. dargestellte, Teil des Erfindungsgegenstands bildende, technische Anordnungen gehen vom postulierten sogenannten Öffnungswinkel 2α = 180o aus.In III. to VII., Part of the subject invention forming, technical arrangements are based on the postulated so-called opening angle 2α = 180 o .
Es ist jedoch unter gezielter parametrisierender Erweiterung des Schaltbildes FIG. 3 oder dessen Rechensimulation FIG. 5 oder verwandter Einrichtungen, die, dies ein technisches Charakteristikum des Erfindungsgegenstandes, die technisch umgesetzte gezielte Parametrisierung des Winkels ϕ, den Schallquelle und Hauptachse einschliessen, grundsätzlich enthalten, unter Anwendung der Wirkungsprinzipien systematischer sogenannter Verpolung sowie von Pegelum Laufzeitdifferenzen grundsätzlich möglich, technische Anordnungen zu erzielen, die sämtliche, dem technischen Stand entsprechenden Signalkombinationen im Sinne von Dickreiters Ausführungen (Dickreiter, 1987) zu liefern vermögen bzw. diesen kanon sogar noch beliebig erweitern!However, it is under targeted parametrisierender extension of the circuit diagram FIG. 3 or its computational simulation FIG. 5 or related devices, which, this is a technical characteristic of the subject invention, the technically implemented targeted parameterization of the angle φ, the sound source and main axis include basically using the principles of action systematic so-called polarity reversal and Pegelum differences in transit times basically possible to achieve technical arrangements which are able to supply all the signal combinations corresponding to the technical state in the sense of Dickreiter's explanations (Dickreiter, 1987) or even expand this canon as desired!
Ebenso läßt sich in solchen technischen Anordnungen, Teil des Erfindungsgegenstands, eine technische Erweiterung gemäß den Überlegungen IV., VI. und VII. bzw. FIG. 6 und FIG.7 realisieren, auch dies Gegenstand vorliegender Erfindung.Likewise, in such technical arrangements, part of the subject invention, a technical extension in accordance with the considerations IV., VI. and VII. 6 and FIG.7 realize, also this subject of the present invention.
Die Anwendung auf mehrkanalige Systeme ergibt sich a forteriori, Teil des Erfindungsgegenstands.The application to multi-channel systems results a forteriori, part of the subject invention.
Insgesamt ist mit den Überlegungen III. bis VIII. ein auf völlig neuer Grundlage, Teil des Erfindungsgegenstands, durchgängig dem derzeitigen Stand der Technik adequater Kanon von Apparaturen und sonstiger technischer Einrichtungen geschaffen, der das bekannte Repertoire technischer Lösungen hinsichtlich. Schallwandelsystemen umfaßt und diese sogar noch erweitert.Overall, with the considerations III. to VIII. created on a completely new basis, part of the subject invention, throughout the current state of the art adequate canon of equipment and other technical equipment, the known repertoire of technical solutions in terms of. Sound systems change includes and even extended.
Ohne Netzerweiterung ergibt sich aus den in III. bis IX. dargestellten technischen Lösungen die technische Realisierbarkeit reinster stereophoner Telephonie über Umsetzung eines entsprechenden Monosignals gemäß obigen Überlegungen. Dies ist Teil des Erfindungsgegenstands a forteriori. Without network expansion results from the in III. to IX. technical solutions shown the technical feasibility of pure stereophonic telephony on implementation of a corresponding mono signal according to the above considerations. This is part of the subject invention a forteriori.
Die Übertragung von III. bis X. auf beliebige technische Einrichtungen und Wirkungsweisen, denen III. bis X. zugrundeliegen, ist Teil des Erfindungsgegenstands.The transfer of III. to X. to any technical devices and modes of operation to which III. to X., is part of the subject invention.
Die Anwendung auf Schallwandlerstysteme ist exemplarisch für ein technisches Grundproblem, das sich mit der Signal- und Datentechnik im allgemeinen verbindet, und in vorliegender Form sich technisch lösen läßt.The application to Schallwandlerstysteme is exemplary of a basic technical problem that combines with the signal and data technology in general, and can be solved technically in the present form.
Explizite sei genannt, daß die Anwendung der oben beschriebenen technischen Lösungen in diesem Bereich zu einer automatischen Datenreduktion von wenigstens 50 (!) Prozent führen Die Anwendung des Erfindungsgegenstands gestattet hier völlig neue Lösungsansätze, etwa als einfaches Beispiel in der Meß- und Regeltechnik. Prozesse lassen sich hierdurch um ein Vielfaches beschleunigen, sofern diesen Erfindungsgegenstand zugrundegelegt wird. Weitere Anwendungsbeispiele sind gezielte technische Anwendungen, die der Datenreduktion in der Satellitentechnik und Optoelektronik dienen, im weiteren technische Systeme, die die mehrdimensionale Betrachtung von Signalstrecken, wie etwa hier dargestellt, ermöglichen.It should be explicitly stated that the application of the above-described technical solutions in this area leads to an automatic data reduction of at least 50 (!) Percent. The application of the subject invention allows completely new approaches, as a simple example in measurement and control technology. This process can be accelerated many times, if this subject of the invention is based. Further application examples are targeted technical applications that serve the data reduction in satellite technology and optoelectronics, and further technical systems that enable the multi-dimensional viewing of signal paths, such as shown here.
Auch für hocheffiziente Prozessorarchitekturen bietet Erfindungsgegenstand neue technische Lösungen.The invention also provides new technical solutions for highly efficient processor architectures.
Im Sinne einer conclusio bleibt faszinierend, daß Erfindungsgegenstand ein seit den Arbeiten Blumleins angeblich bestehendes Theorem, nämlich der Unmöglichkeit exakter Stereophonisierung anhand eines Monosignals (Dickreiter, 1987) theoretisch wie praktisch endgültig widerlegt.In the sense of a conclusio, it remains fascinating that the subject of the invention refute theoretically as well as practically finally a theorem alleged since the work of Blumlein, namely the impossibility of exact stereophony on the basis of a mono signal (Dickreiter, 1987).
Die Figuren FIG.1 bis FIG 7 sind Bestandteil des Erfindungsgegenstands und werden beigefügt, um weitere Merkmale des Erfindungsgegenstands darzustellen. Sie sind zudem für das Verständnis von III. bis XII. unabdingbar und stellen spezifische Anwendungsbeispiele dargestellter Erfindung dar.
- FIG. 1. Graphisch dargestelltes Funktionsprinzip der in Beschreibung dargestellten technischen Einrichtung einer sogenannt pseudostereophonen Umsetzung. (1) Ebene einer allfällig vorhandenen schallharten reflektierenden Grenzfläche. (2) Position des Schallwandlers mit kugelförmiger Richtcharakteristik. (3) Hauptachse des Schallwandlers, Position eines allfälligen Raum- oder Stützschallwandlers. (4) Position des technisch simulierten Schallwandlers mit kugelförmiger Richtcharakteristik, der mit (5) summiert das Seitensignal ergibt. (5) Position des technisch simulierten Schallwandlers mit kugelförmiger Richtcharakteristik, der mit (4) summiert das Seitensignal ergibt. (6) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommenes Maximum für (4). (7) Winkel ϕ, den Hauptachse und Schallquelle einschließen. (8) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommenes Maximum für (5). (9) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommene Phasendifferenz für (5). (10) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommene Phasendifferenz für (4). (11) Peilachse Schallquelle.
- FIG. 2. Graphische Darstellung der Signale gem. FIG. 1. (12) Zeitachse. (13) Pegelachse (14) Monosignal des Schallwandlers mit kugelförmiger Richtcharakteristik. (15) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommenes Maximum für (4). (16) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommene Phasendifferenz von (15). (17) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommenes Maximum des Eingangssignals. (18) Der technisch realisierten Parametrisierung von ϕ entnommene Phasendifferenz von (5). (19) Der technisch realisierten Parametrisierung von entnommenes Maximum für (5).
- FIG. 3. Signalverarbeitende, Teil des Erfindungsgegenstands bildende, Schaltung. Für LA, LB; PM, PB gelten die Beziehungen
- FIG. 4. Darstellung korrelierender Parameter zu FIG.5. (20) Zeitachse, korrelierend mit den Werten ti. (21) Pegelachse, korrelierend mit den Werten Pi(ti). (22) Eingangssignal. (23) ti. (24') Pi(ti).
- FIG. 5. Flußdiagramm einer Rechensimulation von FIG. 3. Mi(ti), Si(ti) entsprechen dabei dem Output i.S. errechneten Mono- bzw. Seitensignals.
- FIG. 6. Graphisch dargestelltes Funktionsprinzip der in Beschreibung dargestellten technischen Einrichtung, wie in VII. beispielhaft erläutert. (25) Schallquelle. (26) Ohrabstand (normiert = 0,175 m). (27) Position des Schallwandlers mit kugelförmiger Richtcharakteristik (Hauptsignal). (28) Position des Stützschallwandlers. (29) Tiefenausdehnung der Schallquelle. (30) Zentrische Streckung. (31)
Phasendifferenz zwischen 1.und 2. Hauptreflexion. - FIG. 7. Beispiel eines Schallwandlersystems, in seinem technischen Aufbau abgeleitet aus FIG. 3 und FIG. 5. (32) Kugelsphäre. (33) Schallharte reflektierende Grenzfläche. (34) Schallwandler. (35) Absorbierende Segmentflächen. (36) Distanzhalterung eines Stützschallwandlers, wobei sich für die Distanz von (34) und (37) exakt aus (30) und (31) zu bilden ist, maximal korrigiert um (29). Es ergibt sich für konkretes Beispiel eine Verstärkung des konkretes Beispiel eine Verstärkung der 1. Hauptreflexion exakt im Ohrabstand, Teil des Erfindungsgegenstands. (37) Stützschallwandler. (38) Aufhängung. Dieses Anwendungsbeispiel stellt ein mehrkanaliges System für die Anwendung in Konzert- und Opernhäuser dar. Ad (33) bis (36): Die Anzahl und Form der Segmente sind in dieser Anordnung beliebig bestimmbar!
- FIG. 1. Graphically represented functional principle of the technical device shown in the description of a so-called pseudostereophonic implementation. (1) plane of any reverberant reflective interface. (2) Position of the transducer with spherical directional characteristic. (3) Main axis of the sound transducer, position of any room or support sound transducer. (4) Position of the technically simulated transducer with spherical directional characteristic, which summed with (5) gives the side signal. (5) Position of the technically simulated transducer with spherical directional characteristic, which summed with (4) gives the side signal. (6) The technically realized parameterization of φ extracted maximum for (4). (7) Include angle φ, the major axis and sound source. (8) The technically realized parameterization of φ extracted maximum for (5). (9) The technically realized parameterization of φ extracted phase difference for (5). (10) The technically realized parameterization of φ extracted phase difference for (4). (11) Peilachse sound source.
- FIG. 2. Graphical representation of the signals acc. FIG. 1. (12) Timeline. (13) Level axis (14) Mono signal of the transducer with spherical directional characteristic. (15) The technically realized parameterization of φ extracted maximum for (4). (16) The technically realized parameterization of φ extracted phase difference of (15). (17) The technically realized parameterization of φ extracted maximum of the input signal. (18) The technically realized parameterization of φ extracted phase difference of (5). (19) The technically realized parameterization of extracted maximum for (5).
- FIG. 3. Signal processing, part of the subject invention forming, circuit. For L A , L B ; P M , P B are the relations
- FIG. 4. Representation of correlating parameters to FIG. (20) Time axis, correlated with the values t i . (21) Level axis, correlated with the values P i (t i ). (22) input signal. (23) t i . (24 ') P i (t i ).
- FIG. 5. Flow chart of a computer simulation of FIG. 3. M i (t i ), S i (t i ) correspond to the output iS calculated mono or side signal.
- FIG. 6. Graphically illustrated operating principle of the technical device shown in the description, as exemplified in VII. (25) sound source. (26) Ear distance (normalized = 0.175 m). (27) Position of the transducer with spherical directional characteristic (main signal). (28) Position of the supporting sound transducer. (29) Depth of sound source. (30) Centric extension. (31) Phase difference between 1st and 2nd main reflection.
- FIG. 7. Example of a sound transducer system, derived in its technical construction of FIG. 3 and FIG. 5. (32) sphere sphere. (33) Sound-reflecting surface. (34) Sound transducer. (35) Absorbent Segment Surfaces. (36) Distance support of a support sound transducer, wherein for the distance of (34) and (37) to form exactly (30) and (31), corrected by (29). For a concrete example, an amplification of the concrete example results in an amplification of the first main reflection exactly in the ear distance, part of the subject of the invention. (37) Supersonic transducers. (38) Suspension. This application example represents a multichannel system for use in concert and opera houses. Ad (33) to (36): The number and Shape of the segments are arbitrarily determinable in this arrangement!
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Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. Band 1. - München etc.: Saur 1987 Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. Volume 1 - Munich etc .: Saur 1987 -
Kishii Tatsuya e.a.: Ganzchrift
JP 11146499 A JP 11146499 A -
Jörg Wuttke: Mikrophonaufsätze. 2. Aufl. - Karlsruhe: Schalltechnik Dr.-Ing. Schoeps GmbH 2000 Jörg Wuttke: Microphone attachments. 2nd edition - Karlsruhe: Schalltechnik Dr.-Ing. Schoeps GmbH 2000
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