WO2006116883A1 - Verfahren zur kompensation von änderungen reproduzierter audiosignale und eine vorrichtung - Google Patents

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WO2006116883A1
WO2006116883A1 PCT/CH2006/000205 CH2006000205W WO2006116883A1 WO 2006116883 A1 WO2006116883 A1 WO 2006116883A1 CH 2006000205 W CH2006000205 W CH 2006000205W WO 2006116883 A1 WO2006116883 A1 WO 2006116883A1
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PCT/CH2006/000205
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Harry Bachmann
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Anocsys Ag
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Publication date
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/305—Electronic adaptation of stereophonic audio signals to reverberation of the listening space

Definitions

  • the present invention relates to a method for compensation of changes in reproduced signals according to the preamble of claim 1 and to a corresponding device according to the preamble of claim 9.
  • the reproduction of an audio signal is optimal when a listener can not detect differences between the original and its reproduction. This is rarely guaranteed because an original audio signal is falsified from the source to the ear of a listener in a variety of ways.
  • the causes of these distortions are different.
  • the quality of the playback devices used plays a role as well as the characteristics of the room in which the audio signal is to be reproduced.
  • a sound wave in a room is influenced by reflections and absorptions.
  • the signal undergoes a change in the level change to ensure compatibility of various devices throughout the signal chain.
  • each cable and each connector exerts an influence on the signal to be reproduced. Even when taking place in a speaker conversion of the electrical signal into one _ O _
  • Sound wave is the signal changed, the speaker can be constructed in any way.
  • a headphone also changes the signal to be reproduced;
  • both the shell of the headphone and the transducer used to generate the sound affect the signal.
  • the cable of a headset alters the signal through different impedances and other linear and non-linear characteristics of the materials and embodiments of the cable used and the connectors. The same applies to a transmission of the signal via wireless technology.
  • any element in the chain of signal transmission, from source to listener affects the signal to be reproduced. As a result, there are differences between an original signal and its reproduction, which are perceived by a listener to varying degrees and are generally judged by the listener to be disturbing.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for compensation of changes in reproduced signals, wherein the method does not have the above disadvantages.
  • the method now consists in one embodiment in that the original signal to be reproduced is used to minimize the error. Furthermore, the original signal is compared with the reproduced signal and optimized by means of a filter or a transfer function, which is controlled by an adaptive algorithm, preferably in the frequency domain. In one embodiment, the filter operates in the time domain while the algorithm calculations are done in the frequency domain. Furthermore, the properties of the space in which the signal is to be reproduced, as well as additional influence possibilities in the entire signal path to the signal to be reproduced, are considered.
  • the inventive method is suitable for use in a room in which one or more listeners are involved in reproducing an audio signal listen to any source either directly or via headphones.
  • the present invention is based on
  • FIG. 3 is a simplified block diagram illustrating the method according to the invention.
  • FIG. 4 shows a simplified block diagram of an application of the method according to the invention in a situation according to FIG. 1, and FIG.
  • FIG. 5 shows a simplified block diagram of a further application of the method according to the invention in a situation according to FIG. 2.
  • the signal of a source 1 to be reproduced becomes an amplifier 2, said amplifier 2 also other possibly existing devices for signal conditioning and signal conditioning, such as equalizers or delay devices represented.
  • a sound transducer 3 is used in this case, for example, a speaker.
  • a receiver 5 is located in the room 7 and receives the reproduced signal, with the signal emitted by the sound transducer 3 moving on different signal paths 6 in the room 7.
  • the original signal present at the output from the source 1 is influenced by the impedances of the connections 4 between the source 1 and the amplifier 2, respectively between the amplifier 2 and the sound transducer, by the electrical properties of the amplifier 2 and by the acoustic and acoustic signals electrical properties of the sound transducer 3. Subsequent to the conversion of the electrical signal into sound waves, which takes place in the sound transducer 3, the signal is additionally influenced by reflections and absorptions on flat and curved surfaces in the space 7.
  • Fig. 2 shows the reproduction of a signal when using a headphone 8 as a sound transducer instead of the loudspeaker shown in Fig. 2.
  • the influences from the room 7 are not present or only to a limited extent.
  • the headphones 8 includes transducers, which additionally influence the signal and change so that the listener 5 perceived reproduction of the signal deviates from the original signal present at source 1.
  • FIGS. 1 and 2 by no means all possible possibilities of influencing the signal to be reproduced are described and described. In the two FIGS. 1 and 2, only a few signal paths are shown below, for example. Other configurations and arrangements are quite possible which affect the signal to be reproduced in a different way. Thus, in addition to the signal paths 6 given by way of example via the medium air, other signal paths via solid materials known as structure-borne sound-such as, for example, walls or fastening materials-may also be present.
  • Fig. 3 is a schematic block diagram is shown, based on which the inventive method is explained.
  • the source 1 generates an original signal x (t) 17, which is to be reproduced.
  • the origin of the original signal 17 is immaterial to this consideration. It may, for example, be a signal stored on a CD (compact disk) or a hard disk, or it may be a signal recorded by means of a microphone.
  • the characteristics of the space 10 in which the original signal x (t) 17 is to be reproduced are described by the transfer function H.
  • the original signal to be reproduced x (t) 17 is applied to a filter 9 and the transformation unit 13, in the example, a frequency transformation of the time domain in the frequency domain, preferably by means of a so-called FFT (Fast Fourier Transformation) or Hilbert transform is performed.
  • An error signal e ( ⁇ ) 18 is the fraction of the original signal x (t) 17 which is to be minimized in order to achieve a faithful reproduction of the original signal x (t) 17, whereby the error signal e (e) resulting from subtraction in an addition unit 12 (FIG. ⁇ ) 18 has the value zero in the optimal case.
  • Another transformation unit 11 transfers the reproduced signal from the time domain to the frequency domain.
  • the filter 9 is controlled by a processing unit 16 by means of an adaptive algorithm, and the inverse transformation unit 14, in which, for example, an inverse FFT (or iFFT) is performed, transfers the filter parameters from the frequency domain to the time domain.
  • the difference is formed in the addition unit 12 by subtracting the original signal 17, which has been transformed into the frequency domain by the transformation unit 13 and processed by a filter 15, from the reproduced signal, which is transformed by the further transformation unit 11 into the frequency domain.
  • the filter 15 can be used to generate a special effect by choosing a corresponding transfer function. For example, a level adjustment in the reproduced audio signal can be made.
  • the filter 15 can be omitted, so that the unchanged transformed original signal x ( ⁇ ) of the addition unit 12 is applied. So that Error signal e ( ⁇ ) can be determined by means of the addition unit 12, for example, the output signal of the filter 15 to invert, which takes place in the illustrated embodiment in the filter 15.
  • an adaptive algorithm compares the original signal x (t) 17 transferred into the frequency domain by the transformation unit 13 with the error signal e ( ⁇ ) 18 already present in the frequency domain and sets the filter 9 such that the error signal e ( ⁇ ) 18 is minimized. Since the original signal x (t) 17 is present in the time domain, the filter parameters must be transformed from the frequency domain to the time domain by means of the inverse transformation unit 14 before the original signal x (t) 17 can be processed by the filter 9.
  • Fig. 4 shows an application of the inventive method, wherein the names of the processing blocks are provided with the same function with the same symbol. Originating from the source 1 original signal x (t) 17 is processed by the filter 9, then amplified in the amplifier 2 and then converted by means of speakers 3 into sound. Before this sound signal is received by the handset 5, the signal undergoes a number of changes, which are caused by the impedances of the lines and connections 4, by the amplifier 2, by the loudspeaker 3 and by the room 7.
  • the sensor 19 - in this case, for example, a microphone - ideally receives the same signal as the receiver 5.
  • the sensor 19 received signal is transformed by the transformation unit 11 from the time domain to the frequency domain.
  • the original signal x (t) 17 is transformed by means of the transformation unit 13 from the time domain into the frequency domain and is available as a transformed original signal x ( ⁇ ) for subsequent processing by the filter 15.
  • the filter 15 is suitable for applying a special effect.
  • This filtered signal is subsequently subtracted from the signal transformed by the transformation unit 11 by forming the difference in the addition unit 12.
  • the processing unit 16 adjusts the filter 9 using an adaptive algorithm, for example an LMS (Least Mean Square) algorithm, so that the error signal e ( ⁇ ) 18 resulting from the subtraction is minimized.
  • the resulting error signal e ( ⁇ ) 18 the more similar are the original signal x (t) originating from the source 1 and the signal received by the receiver 5. Since the adaptive algorithm used in the processing unit 16 operates with signals in the frequency domain, the parameters of the filter 9 must be transformed by means of the inverse transformation unit 14 from the frequency domain to the time domain before the filter 9 can be adjusted by means of these transformed parameters. It should be noted that the sensor 19 also alters the received signal. The result can therefore be improved by the fact that the properties of the sensor 19 determined beforehand and these are then taken into account in the transformation into the frequency domain in the transformation unit 11.
  • Fig. 5 shows a further possible application of the inventive method, wherein the
  • the originating signal x (t) 17 originating from the source 1 is processed by the filter 9 and transmitted to the headphone 8 after the level and impedance matching taking place at the amplifier 2. Both the amplifier 2 and the lines and connections 4 cause a change in the original signal x (t), so that the signal received by the receiver 5 no longer corresponds to the original signal x (t).
  • a sensor which is integrated in the headphone 8 preferably a microphone 19 is used.
  • the signal received by the sensor 19 is transformed by the transformation unit 11 from the time domain to the frequency domain.
  • the original signal x (t) 17 is transformed by the transformation unit 13 from the time domain into the frequency domain and is available as a transformed original signal x ( ⁇ ) for subsequent processing by the filter 15.
  • This filtered signal is subsequently subtracted from the signal transformed by the transformation unit 11 by forming the difference in the addition unit 12.
  • the processing unit 16, in which the adaptive algorithm 16 is used sets the filter 9 such that the error signal e ( ⁇ ) 18 resulting from the difference formation in the addition unit 12 is minimized.
  • Processing unit 16 operates with frequency domain signals, the parameters of the filter 9 must be transformed by means of the inverse transformation unit 14 from the frequency domain to the time domain before the filter 9 can be adjusted by means of these transformed parameters. It should be noted that the sensor 19 also alters the received signal. The result can thus be improved by determining the properties of the sensor 19 in advance and then taking these into account in the transformation unit 11 during the transformation into the frequency range.
  • the adaptive algorithm used in the processing unit 16 uses an average formed from the individual signals to minimize the error signal e ( ⁇ ) 18.

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kompensation von Änderungen, die an einem Originalsignal (17) aufgrund einer Übertragung entlang eines Signalpfades (2, 3, 4, 7) von einer Quelle (1) zu einem Empfänger (5) entstehen, sind offenbart. Erfindungsgemäss werden die im Signalpfad (2, 3, 4, 7) auftretenden Änderungen des Originalsignals (17) kompensiert, indem Unterschiede zwischen dem Originalsignal (17) und einem reproduzierten Signal, das vom Empfänger (5) wahrgenommen wird, minimiert werden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass der Empfänger (5) das ursprünglich aufgenommene Originalsignal (17) wahrnehmen kann.

Description

Verfahren zur Kompensation von Änderungen reproduzierter Audiosignale und eine Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Änderungen reproduzierter Signale nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 9.
Die Reproduktion eines Audiosignals ist dann optimal, wenn ein Zuhörer keine Unterschiede zwischen dem Original und dessen Reproduktion feststellen kann. Dies ist in den seltensten Fällen gewährleistet, da ein ursprüngliches Audiosignal von der Quelle bis zum Ohr eines Zuhörers in mannigfaltiger Art und Weise verfälscht wird. Die Ursachen dieser Verfälschungen sind unterschiedlicher Natur. So spielt beispielsweise die Qualität der verwendeten Wiedergabegeräte ebenso eine Rolle wie die Charakteristik des Raums, in welchem das Audiosignal reproduziert werden soll. Eine Schallwelle in einem Raum wird durch Reflexionen und Absorptionen beeinflusst. Auch bei einer Signal- Umwandlung, beispielsweise von analoger zu digitaler Form und/oder von digitaler zu analoger Form, wird das Signal einer Veränderung unterworfen. Im Weiteren erfährt das Signal eine Veränderung bei der Änderung des Pegels zur Gewährleistung der Kompatibilität verschiedener Geräte in der ganzen Signalkette. Zudem übt jedes Kabel und jede Steckverbindung einen Einfluss auf das zu reproduzierende Signal aus. Auch bei der in einem Lautsprecher stattfindenden Umwandlung des elektrischen Signals in eine _ O _
Schallwelle wird das Signal verändert, wobei der Lautsprecher in einer beliebigen Weise konstruiert sein kann. Im Weiteren verändert auch ein Kopfhörer das zu reproduzierende Signal; so beeinflusst sowohl die Schale des Kopfhörers als auch der zur Schallerzeugung verwendete Wandler das Signal. Auch das Kabel eines Kopfhörers verändert das Signal durch unterschiedliche Impedanzen und andere lineare und nicht-lineare Eigenschaften der verwendeten Materialien und Ausführungsformen des Kabels sowie der Stecker. Das gleiche gilt auch bei einer Übertragung des Signals mittels drahtloser Technik. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jedes in der Kette der Signalübertragung - von der Quelle bis zum Zuhörer - liegende Element das zu reproduzierende Signal beeinflusst. Dies hat zur Folge, dass zwischen einem Originalsignal und dessen Reproduktion Unterschiede bestehen, welche von einem Zuhörer in unterschiedlichem Masse wahrgenommen werden und von diesem im Allgemeinen als störend beurteilt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Änderungen reproduzierter Signale anzugeben, wobei das Verfahren die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und eine Vorrichtung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemässe Verfahren dient insbesondere zur Minimierung der bei der Reproduktion von Audiosignalen auftretenden Signalverfälschungen. Diese Minimierung oder Kompensation erfolgt vorzugsweise laufend, d.h. in Echtzeit.
Das Verfahren besteht nun in einer Ausführungsvariante darin, dass das zu reproduzierende Originalsignal zur Minimierung des Fehlers verwendet wird. Weiter wird das Originalsignal mit dem reproduzierten Signal verglichen und mittels einem Filter bzw. einer Übertragungsfunktion, die von einem adaptiven Algorithmus gesteuert wird, vorzugsweise im Frequenzbereich optimiert. In einer Ausführungsvariante arbeitet das Filter im Zeitbereich, während die Algorithmusberechnungen im Frequenzbereich vorgenommen werden. Im Weiteren werden die Eigenschaften des Raumes, in welchem das Signal reproduziert werden soll, sowie zusätzlich weitere Einflussmöglichkeiten im ganzen Signalpfad auf das zu reproduzierende Signal berücksichtigt .
Damit wird nun ein Verfahren geschaffen, das sich zur Kompensation von Signaländerungen besonders eignet, kann doch mit dem erfindungsgemässen Verfahren die bei der Reproduktion von Audiosignalen auftretende Beeinträchtigung auf ein Minimum reduziert werden.
Das erfinderische Verfahren eignet sich für eine Anwendung in einem Raum, in dem sich ein oder mehrere Zuhörer befinden, die sich die Reproduktion eines Audiosignals einer beliebigen Quelle entweder direkt oder über Kopfhörer anhören.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen im Folgenden weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine mögliche Situation, in der das erfindungsgemässe Verfahren angewendet werden kann,
Fig. 2 eine weitere Situation, in der das erfindungsgemässe Verfahren angewendet werden kann,
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm, anhand dessen das erfindungsgemässe Verfahren illustriert wird,
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in einer Situation gemäss Fig. 1, und
Fig. 5 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in einer Situation gemäss Fig. 2.
Fig. 1 zeigt die verschiedenen Möglichkeiten der Beeinflussung eines zu reproduzierenden Audiosignals in einer bekannten Anwendung in einem Raum 7. Das zu reproduzierende Signal einer Quelle 1 wird einem Verstärker 2 zugeführt, wobei dieser Verstärker 2 auch andere eventuell vorhandene Geräte zur Signalanpassung und Signalaufbereitung, beispielsweise Entzerrer oder Verzögerungsgeräte, repräsentiert. Als Schallwandler 3 dient in diesem Falle beispielsweise ein Lautsprecher. Ein Hörer 5 befindet sich im Raum 7 und empfängt das reproduzierte Signal, wobei sich das vom Schallwandler 3 ausgestrahlte Signal auf verschiedenen Signalwegen 6 im Raum 7 bewegt. Das am Ausgang von der Quelle 1 vorhandene Originalsignal wird beeinflusst durch Impedanzen der sich zwischen der Quelle 1 und dem Verstärker 2, respektive zwischen dem Verstärker 2 und dem Schallwandler, sich befindenden Verbindungen 4, durch die elektrischen Eigenschaften des Verstärkers 2 sowie durch die akustischen und elektrischen Eigenschaften des Schallwandlers 3. Anschliessend an die im Schallwandler 3 erfolgte Umwandlung des elektrischen Signals in Schallwellen wird das Signal zusätzlich durch Reflexionen und Absorptionen an ebenen und gekrümmten Flächen im Raum 7 beeinflusst.
Fig. 2 zeigt die Reproduktion eines Signals bei Verwendung eines Kopfhörers 8 als Schallwandler anstelle des in Fig. 2 dargestellten Lautsprechers. Im Unterschied zu Fig. 1 sind bei Verwendung eines Kopfhörers 8 die Einflüsse vom Raum 7 nicht oder nur in geringem Masse vorhanden. Dafür haben die Schalen 21 des Kopfhörers 8 sowie deren Bauweise einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf das Signal. Der Kopfhörer 8 enthält Wandler, welche das Signal zusätzlich beeinflussen und so verändern, dass die vom Hörer 5 wahrgenommene Reproduktion des Signals von dem an der Quelle 1 vorhandenen Originalsignal abweicht.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in den Fig. 1 und 2 keineswegs alle möglichen Einflussmöglichkeiten auf das zu reproduzierende Signal dargestellt und beschrieben sind. In den beiden Fig. 1 und 2 werden im Weiteren lediglich beispielsweise ein paar Signalwege aufgezeigt. Es sind durchaus auch andere Konfigurationen und Anordnungen möglich, welche das zu reproduzierende Signal in einer anderen Art und Weise beeinflussen. So können zu den beispielsweise angegebenen Signalwegen 6 über das Medium Luft zusätzlich auch als Körperschall bekannte, andere Signalwege über feste Materialien - wie beispielsweise Wände oder Befestigungsmaterialien - vorhanden sein.
In Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm dargestellt, anhand dessen das erfindungsgemässe Verfahren erläutert wird. Die Quelle 1 generiert ein Originalsignal x(t) 17, welches reproduziert werden soll. Die Herkunft des Originalsignals 17 ist für diese Betrachtung unwesentlich. Es kann sich beispielsweise um ein auf einer CD (Compact Disk) oder einer Harddisk gespeichertes Signal, oder aber um ein mittels Mikrofon aufgenommenes Signal handeln. Die Eigenschaften des Raumes 10, in welchem das Originalsignal x(t) 17 reproduziert werden soll, werden durch die Übertragungsfunktion H beschrieben. Das zu reproduzierende Originalsignal x(t) 17 wird einem Filter 9 sowie der Transformationseinheit 13 beaufschlagt, in der beispielsweise eine Frequenztransformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich, vorzugsweise mittels einer so genannten FFT- (Fast Fourier Transformation) oder Hilbert- Transformation, durchgeführt wird. Ein Fehlersignal e (ώ) 18 ist der Anteil vom Originalsignal x(t) 17, welcher minimiert werden soll, um eine originalgetreue Reproduktion des Originalsignals x(t) 17 zu erreichen, wobei das bei der Differenzbildung in einer Additionseinheit 12 resultierende Fehlersignal e (ώ) 18 im optimalen Falle den Wert Null hat. Eine weitere Transformationseinheit 11 transferiert das reproduzierte Signal aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich. Das Filter 9 wird von einer Verarbeitungseinheit 16 mittels einem adaptiven Algorithmus gesteuert, und die inverse Transformationseinheit 14, in der beispielsweise eine inverse FFT (oder iFFT) vorgenommen wird, transferiert die Filterparameter aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich. Die Bildung der Differenz in der Additionseinheit 12 erfolgt durch Subtraktion des aus dem durch die Transformationseinheit 13 in den Frequenzbereich transformierten und durch ein Filter 15 bearbeiteten Originalsignals 17 vom reproduzierten Signal, welches durch die weitere Transformationseinheit 11 in den Frequenzbereich transformiert wird. Das Filter 15 lässt sich zur Erzeugung eines speziellen Effektes verwenden, indem eine entsprechende Übertragungsfunktion gewählt wird. So kann beispielsweise eine Pegelanpassung beim reproduzierten Audiosignal vorgenommen werden. Sollen keine speziellen Effekte beim reproduzierten Audiosignal erzeugt werden, so kann das Filter 15 weggelassen werden, so dass das unveränderte transformierte Originalsignal x(ώ) der Additionseinheit 12 beaufschlagt ist. Damit das Fehlersignal e(ώ) mit Hilfe der Additionseinheit 12 ermittelt werden kann, ist beispielsweise das Ausgangssignal des Filters 15 zu invertieren, was im dargestellten Ausführungsbeispiel im Filter 15 erfolgt. In einer Verarbeitungseinheit 16 vergleicht ein adaptiver Algorithmus das mittels der Transformationseinheit 13 in den Frequenzbereich transferierte Originalsignal x(t) 17 mit dem bereits im Frequenzbereich vorhandenen Fehlersignal e(ώ) 18 und stellt das Filter 9 so ein, dass das Fehlersignal e (ώ) 18 minimiert wird. Da das Originalsignal x(t) 17 im Zeitbereich vorhanden ist, müssen die Filterparameter mittels der inversen Transformationseinheit 14 aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert werden, bevor das Originalsignal x(t) 17 durch das Filter 9 bearbeitet werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei die Bezeichnungen der Verarbeitungsblöcke mit gleicher Funktion mit dem gleichen Hinweiszeichen versehen sind. Das von der Quelle 1 stammende Originalsignal x(t) 17 wird durch das Filter 9 bearbeitet, anschliessend im Verstärker 2 verstärkt und dann mittels Lautsprecher 3 in Schall umgewandelt. Bevor dieses Schallsignal vom Hörer 5 empfangen wird, unterliegt das Signal einer Anzahl Veränderungen, welche durch die Impedanzen der Leitungen und Verbindungen 4, durch den Verstärker 2, durch den Lautsprecher 3 sowie durch den Raum 7 bewirkt werden. Der Sensor 19 - in diesem Falle beispielsweise ein Mikrofon - empfängt im Idealfall dasselbe Signal wie der Hörer 5. Das vom Sensor 19 empfangene Signal wird mit der Transformationseinheit 11 vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert. Das Originalsignal x(t) 17 wird mittels der Transformationseinheit 13 vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert und steht als transformiertes Originalsignal x(ώ) für die nachfolgende Bearbeitung durch das Filter 15 zur Verfügung. Wie im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu Fig. 3 dargelegt worden ist, eignet sich das Filter 15 zur Anwendung eines Spezialeffektes . Gegebenenfalls ist auch nur eine Signalinversion implementiert. Dieses gefilterte Signal wird anschliessend durch Bildung der Differenz in der Additionseinheit 12 von dem durch die Transformationseinheit 11 transformierten Signal subtrahiert. Die Verarbeitungseinheit 16 stellt mit Hilfe eines adaptiven Algorithmus - beispielsweise eines LMS- (Least Mean Square) -Algorithmus das Filter 9 so ein, dass das bei der Differenzbildung resultierende Fehlersignal e (ώ) 18 minimiert wird. Je kleiner das resultierende Fehlersignal e (ώ) 18 ist, desto ähnlicher sind sich das von der Quelle 1 stammende Originalsignal x(t) und das vom Hörer 5 empfangene Signal. Da der in der Verarbeitungseinheit 16 angewendete adaptive Algorithmus mit Signalen im Frequenzbereich arbeitet, müssen die Parameter des Filters 9 mittels der inversen Transformationseinheit 14 vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert werden, bevor das Filter 9 mittels dieser transformierten Parameter eingestellt werden kann. Zu beachten ist, dass der Sensor 19 das empfangene Signal ebenfalls verändert. Das Resultat kann also dadurch verbessert werden, dass die Eigenschaften des Sensors 19 vorgängig ermittelt und diese dann bei der Transformation in den Frequenzbereich in der Transformationseinheit 11 berücksichtigt werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere mögliche Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei die
Verarbeitungsblöcke wiederum nur schematisch dargestellt sind. Das von der Quelle 1 stammende Originalsignal x(t) 17 wird durch das Filter 9 bearbeitet und nach der beim Verstärker 2 stattfindenden Pegel- und Impedanzanpassung zum Kopfhörer 8 übermittelt. Sowohl der Verstärker 2 als auch die Leitungen und Verbindungen 4 bewirken eine Veränderung des Originalsignals x(t), so dass das vom Hörer 5 empfangene Signal nicht mehr dem Originalsignal x(t) entspricht. Als Sensor, der im Kopfhörer 8 integriert ist, kommt vorzugsweise ein Mikrofon 19 zum Einsatz. Das vom Sensor 19 empfangene Signal wird durch die Transformationseinheit 11 vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert. Das Originalsignal x(t) 17 wird mittels Transformationseinheit 13 vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert und steht als transformiertes Originalsignal x(ώ) für die nachfolgende Bearbeitung durch das Filter 15 zur Verfügung. Dieses gefilterte Signal wird anschliessend durch Bildung der Differenz in der Additionseinheit 12 von dem durch die Transformationseinheit 11 transformierten Signal subtrahiert. Die Verarbeitungseinheit 16, in der der adaptive Algorithmus 16 zur Anwendung kommt, stellt das Filter 9 so ein, dass das bei der Differenzbildung in der Additionseinheit 12 resultierende Fehlersignal e (ώ) 18 minimiert wird. Je kleiner dieses resultierende Fehlersignal e(ώ) 18 ist, desto ähnlicher sind sich das von der Quelle 1 stammende Originalsignal x(t) und das vom Hörer 5 empfangene Signal. Da der in der
Verarbeitungseinheit 16 angewendete adaptive Algorithmus mit Signalen im Frequenzbereich arbeitet, müssen die Parameter des Filters 9 mittels der inversen Transformationseinheit 14 vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert werden, bevor das Filter 9 mittels dieser transformierten Parameter eingestellt werden kann. Zu beachten ist, dass der Sensor 19 das empfangene Signal ebenfalls verändert. Das Resultat kann also dadurch verbessert werden, dass die Eigenschaften des Sensors 19 vorgängig ermittelt und diese dann bei der Transformation in den Frequenzbereich in der Transformationseinheit 11 berücksichtigt werden.
Anstelle eines einzelnen Sensors 19 können auch mehrere Sensoren verwendet werden. Der in der Verarbeitungseinheit 16 angewendete adaptive Algorithmus benutzt in diesem Fall zur Minimierung des Fehlersignals e(ώ) 18 einen aus den einzelnen Signalen gebildeten Mittelwert.
In einer weiteren Anwendung des erfinderischen Verfahrens ist auch der Einsatz mehrerer, voneinander unabhängiger Systeme - wie vorgängig beschrieben - denkbar. Dies kann bei Stereosignalen sinnvoll sein, da hier unterschiedliche Signale an unterschiedlichen Orten über verschiedene Lautsprecher ausgestrahlt werden. Zu beachten ist in diesem Fall, dass die verwendeten Sensoren sich gegenseitig nicht beeinflussen, was beispielsweise durch eine entsprechende Platzierung der Sensoren oder durch Verwendung von Sensoren mit einer entsprechenden Richtcharakteristik sichergestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kompensation von Änderungen, die an einem Originalsignal (17) aufgrund einer Übertragung entlang eines Signalpfades (2, 3, 4, 7) von einer Quelle (1) zu einem Empfänger (5) entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die im Signalpfad (2, 3, 4, 7) auftretenden Änderungen des Originalsignals (17) kompensiert werden, indem Unterschiede zwischen dem Originalsignal (17) und einem reproduzierten Signal, das vom Empfänger (5) wahrgenommen wird, vorzugsweise mittels eines adaptiven Algorithmus, minimiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reproduzierte Signal durch einen Sensor (19) , der vorzugsweise möglichst nahe beim Empfänger (5) positioniert ist, erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation mit Hilfe eines einstellbaren Filters (9), der sich im Signalpfad (2, 3, 4, 7) befindet, vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Signalpfad (2, 3, 4, 7) erzeugten Änderungen des Originalsignals (17) geschätzt werden und dass die geschätzten Änderungen zur Kompensation der im Signalpfad (2, 3, 4, 7) verursachten Änderungen verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschätzte Übertragungsstrecke (15) des Signalpfades (2, 3, 4, 7) bestimmt wird, dass aufgrund der geschätzten Übertragungsstrecke (15) ein geschätztes reproduziertes Signal ermittelt wird, dass ein Fehlersignal (18) aus dem geschätzten reproduzierten Signal und dem reproduzierten Signal erzeugt wird, dass die geschätzte Übertragungsstrecke (15) aufgrund des Fehlersignals (18) optimiert wird und dass die geschätzte Übertragungsstrecke (15) zur Kompensation der Änderungen verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Berechnungen zur Bestimmung der Kompensation der Änderungen am Originalsignal (17) im Frequenzbereich vorgenommen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Originalsignal (17) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert wird, dass das reproduzierte Signal vom Zeitbereich in den Frequenzbereich umgewandelt wird, nachdem es vom Sensor (19) empfangen wurde, und dass das Fehlersignal (18) im Frequenzbereich minimiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Berechnungen der Kompensation im Frequenzbereich erfolgen und dass das einstellbare Filter (9) im Zeitbereich arbeitet.
9. Vorrichtung zur Kompensation von Änderungen, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Quelle (1) zur Abgabe eines Originalsignals (17),
- ein Signalpfad (2, 3, 4, 7) von der Quelle (1) zu einem Empfänger (5), wobei die zu kompensierenden Änderungen aufgrund einer Übertragung des Originalsignals (17) von der Quelle (1) zum Empfänger (5) entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (9) zum Kompensieren der im Signalpfad (2, 3, 4, 7) auftretenden Änderungen vorgesehen sind, indem Unterschiede zwischen dem Originalsignal (17) und einem reproduzierten Signal, das vom Empfänger (5) wahrgenommen wird, minimiert werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (19) zum Erfassen des reproduzierten Signals vorgesehen ist, wobei der Sensor (19) vorzugsweise möglichst nahe beim Empfänger (5) positioniert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Signalpfad (2, 3, 4, 7) ein einstellbares Filter (9) vorgesehen ist, das mit einer Übertragungseinheit (16) wirkverbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (16) zum Schätzen der im Signalpfad (2, 3, 4, 7) erzeugten Änderungen des Originalsignals (17) vorgesehen sind und dass Mittel (9) zur Kompensation der im Signalpfad (2, 3, 4, 7) verursachten Änderungen mittels der geschätzten Änderungen vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch
- Mittel zur Bestimmung einer geschätzten Übertragungsstrecke (15) des Signalpfades (2, 3, 4, 7),
- Mittel zum Ermitteln eines geschätzten reproduzierten Signals aufgrund der geschätzten Übertragungsstrecke (15),
- Mittel zum Erzeugen eines Fehlersignals (18) aus dem geschätzten reproduzierten Signal und dem reproduzierten Signal,
- Mittel zum Optimieren der geschätzten Übertragungsstrecke (15) aufgrund des Fehlersignals
(18) und
- Mittel zur Kompensation der geschätzten Übertragungsstrecke (15) .
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Vornahme von Berechnungen zur Bestimmung der Kompensation der Änderungen am Originalsignal (17) im Frequenzbereich vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Transformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich des Originalsignals (17) und des reproduzierten Signals vorgesehen sind und Mittel zur Minimierung des Fehlersignals (18) im Frequenzbereich vorgesehen sind.
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