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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung enthält
den Gegenstand der japanischen Patentanmeldung JP 2005-119155, eingereicht
beim japanischen Patentamt am 18. April 2005, deren gesamter Inhalt
hiermit als Referenz einbezogen wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Geräte und Verfahren für die Wiedergabe
von Audiosignalen und bei denen Audiosignale und Videosignale synchron wiedergegeben
werden. Sie betrifft insbesondere ein Gerät und ein Verfahren für die Wiedergabe
eines sogenannten "audiovisuellen
Signals" (AV-Signal).
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Als
System für
die Wiedergabe von Audiosignalen wurde ein Intensitäts-Stereosystem
mit zwei Kanälen
für die
rechte und linke Seite benutzt. Als Beispiel hierfür wird das
in 15 dargestellte Intensitäts-Stereosystem
diskutiert, das zwei Audiokanäle für die linke
bzw. rechte Seite aufweist. Von den zwei Audiokanälen, d.h.
dem rechten und dem linken Audiokanal, wird der linke Kanal im folgenden
mit "L-ch" abgekürzt, und
der rechte Kanal wird im folgenden mit "R-ch" abgekürzt. Ein
Lautsprecher für
den L-ch wird im folgenden mit "L-ch-Lautsprecher" abgekürzt, und
ein Lautsprecher für
den R-ch wird im folgenden mit "R-ch-Lautsprecher" abgekürzt.
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Bei
der Intensitäts-Stereoaufzeichnung
werden normalerweise Schallquellensignale auf der Basis einer Schallquelle,
z.B. der Stimme eines Sängers oder
eines Kinofilmtons, als Audiosignale in dem L-ch und dem R-ch mit
gleichen Pegeln und mit der gleichen Zeitlage aufgezeichnet, so
daß der
wiedergegebene Ton von einer zentralen Position aus abgehört werden
kann. Wenn der wiedergegebene Ton abgehört wird, indem man die Audiosignale
(Schallquellensignale) normal mit dem in 15 dargestellten Stereowiedergabesystem,
das einen L-ch und einen R-ch aufweist, abspielt, und wenn man den
von den L-ch- und R-ch-Lautsprechern abgestrahlten Tönen an den Benutzerpositionen
(Hörpositionen)
A und B vor der zentralen Position SPC zwischen dem L-ch-Lautsprecher
und dem R-ch-Lautsprecher lauscht, können die Töne so gehört werden, als ob sie aus der
zentralen Position SPC abgestrahlt würden.
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Wenn
in der Anordnung von 15 die
abgestrahlten Töne
an Hörpositionen
B und E abgehört werden,
die nahe bei dem L-ch-Lautsprecher befinden, werden die abgestrahlten
Töne so
wahrgenommen, als ob sie von dem L-ch-Lautsprecher abgestrahlt würden, der
sich in der Nähe
der Hörposition B
und E befindet. An den von den Hörpositionen
A und D am weitesten entfernten Hörpositionen C und F kann nur
der von dem L-ch-Lautsprecher abgestrahlte Ton gehört werden,
da die Hörpositionen
C und F näher
bei dem L-ch-Lautsprecher liegen. Obwohl auch von dem R-ch-Lautsprecher
Schall abgestrahlt wird, ist es deshalb schwierig, den Schall aus dem
R-ch-Lautsprecher zu hören.
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Dies
ist auf den Präzedenzeffekt
zurückzuführen, der
bewirkt, daß ein
Hörer ein
Klangbild in Richtung des Tons wahrnimmt, der den Hörer zuerst erreicht,
wenn Schallquellen identische oder nahezu identische komplexe Signale
abstrahlen. Wenn mehrere Personen, z.B. drei Personen, ein Musikprogramm
anhören
oder einen Kinofilm anschauen, kann die Person in der Mitte einen
Ton genießen,
der aus der zentralen Position SPC, die die Lokalisierungsposition
des originalen Klangbilds ist, gehört werden soll. Die beiden
Personen zu beiden Seiten der Person in der Mitte hören jeweils
einen Ton, der näher
bei dem näheren
Lautsprecher liegt, so daß die von
dem L-ch- und dem R-ch-Lautsprecher abgestrahlten Töne in einer
unnatürlichen
Weise wahrgenommen werden. Insbesondere, wenn die L-ch- und R-ch-Lautsprecher
in einem großen
Raum mit Abstand voneinander installiert sind und wenn ein Fernsehgerät mit großem Bildschirm
und mit Lautsprechern auf beiden Seiten des Bildschirms benutzt wird,
stellt eine solche Unnatürlichkeit
ein Problem dar.
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Zur
Lösung
dieses Problems offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
63-26198 eine Technologie, die sich den Präzedenzeffekt und die Rückwärts-Maskiermethode
(bei der ein zuerst ankommender Ton mit niedriger Lautstärke von
einem später
ankommenden Ton mit hoher Lautstärke
maskiert wird) zunutze macht und bei der, wie z.B. in 16 dargestellt, durch Unterteilung
des Hörbereichs
in drei Bereiche, nämlich
einen zentralen Bereich AC, einen linken Bereich AL und einen rechten
Bereich AR und durch die Benutzung mehrerer gerichteter Lautsprecher,
einer Phaseninvertierschaltung und einer Verzögerungsschaltung die Ankunftszeit
eines Signals in jedem Hörbereich
und der Pegel des ankommenden Signals so gesteuert werden, daß in jedem
der drei Hörbereiche
eine gute Klangbildlokalisierung erreicht werden kann.
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16 zeigt einen Fall, in
dem sowohl für den
L-ch als auch für
den R-ch jeweils drei Lautsprecher vorgesehen sind, die in unterschiedliche
Richtungen bündeln,
d.h. in eine Richtung nach vorn, eine Richtung in den Hörbereich
hinein und eine Richtung aus dem Hörbereich heraus.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 63-26198
offenbarte Technologie ist sehr wirksam, da in jedem der drei Bereiche
eine gute Klangbildlokalisierung erreicht werden kann. Bei dieser
Technologie tritt jedoch das Problem auf, daß es schwierig ist, die gewünschten
Effekte auch im Bereich der Grenzen zwischen den drei Bereichen
zu erzielen und daß im
Prinzip keine Wirkung außerhalb
der Positionen der L-ch- und R-ch-Lautsprecher (den Hörpositionen
C und F in 16) zu erwarten
ist, da die erzeugten Schallfelder durch Phasenumwandlung und Verzögerung gesteuert
werden. Darüber
hinaus strahlt jeder Lautsprecher, der den Hörbereichen gegenüberliegt,
auch Schall außerhalb
der Hörbereiche ab,
der von Nichthörern
als Geräusch
(unnötiger Schall)
empfunden werden könnte.
Außerdem
wird der abgestrahlte Schall in die Hörbereiche zurück reflektiert,
so daß der
reflektierte Schall das Hören
des abgestrahlten Schalls erschwert.
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Wenn
ein Hörer
z.B. einen Hörraum
für die Musikwiedergabe
besitzt und allein Musik genießt, wobei
die L-ch- und R-ch-Lautsprecher und ein Abhörpunkt an den Ecken eines gleichseitigen
Dreiecks angeordnet sind, läßt sich
ein gutes Wiedergabeschallfeld erzeugen. In einem Raum, wie einem Wohnzimmer,
ist es jedoch nicht immer möglich,
den abgestrahlten Schall aus der zentralen Position zwischen den
L-ch- und R-ch-Lautsprechern abzuhören. Wenn mehrere Personen,
z.B. eine Familie, den Ton hören,
kann nur eine Person den Ton vor der zentralen Position zwischen
den L-ch- und R-ch-Lautsprechern
hören,
während
alle anderen Personen den Ton an einer Person in der Nähe des L-ch-
oder des R-ch-Lautsprechers wahrnehmen.
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Wenn
die von dem L-ch- und dem R-ch-Lautsprecher abgestrahlten Töne in einer
Position in der Nähe
des L-ch- oder des R-ch-Lautsprechers abgehört werden, ist es deshalb schwierig,
ein Klangbild und einen Stereoklang so wahrzunehmen, wie sie von
dem Schöpfer
des Klanginhalts intendiert sind. Insbesondere in einem Fall, wie
beim Fernsehschauen, bei dem der Ton mit den auf den Bildschirm
dargestellten Bildern korrespondiert, kann es zu einer fehlenden Übereinstimmung
zwischen der Position eines Schauspielers in den Bildern und der
entsprechenden Tonbildlokalisierung kommen, so daß durch diese
fehlende Übereinstimmung
ein unnatürlicher Eindruck
entstehen kann.
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ist es wünschenswert,
ein Schallfeld so auszubilden, daß selbst dann ein Klangbild
und ein Stereoklang wahrgenommen werden können, wie sie von dem Schöpfer des
Inhalts (Contents) intendiert sind, wenn ein Hörer (Benutzer) sich nicht auf
einer symmetrischen Achse befindet, die das Zentrum zwischen dem
rechten und dem linken Lautsprecher bildet und den Hörbereich
in zwei gleiche Teile unterteilt.
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Um
die obigen Probleme zu lösen,
ist gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein Wiedergabegerät vorgesehen, mit einer Gestaltungseinrichtung,
um auf der Basis eines Audiosignals, das wiedergegeben werden soll,
in mehreren Kanälen
Audiosignale zu generieren, um Töne
durch ein Paar von Schallquellen abzustrahlen, und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung
zur Durchführung einer
Signalverarbeitung an jedem der von der Gestaltungseinrichtung gebildeten
Audiosignale, um ein angestrebtes Schallfeld zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinrichtung
bewirkt eine solche Neigung der Schalldruckverteilung, daß für jede Schallquelle des
genannten Paares von Schallquellen die Schalldruckpegel der von
der Schallquelle zu einer Hörposition
abgestrahlten Töne
umgekehrt proportional zu den Winkeln zwischen den Abstrahlrichtungen
der von der Schallquelle zu der Hörposition abgestrahlten Töne und einer
das genannte Paar von Schallquellen miteinander verbindenden geraden
Linie erhöht
werden.
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Nach
dem obigen Ausführungsbeispiel
der Erfindung führt
die Signalverarbeitungseinrichtung an den von der Gestaltungseinrichtung
gebildeten Audiosignalen in den Kanälen eine Signalverarbeitung
durch. Umgekehrt proportional zu den Winkeln, die zwischen den Abstrahlrichtungen
(Ankunftsrichtungen bei einem Hörer)
von Tönen,
die wahrgenommen werden, als ob sie von dem Paar von Schallquellen
abgestrahlt würden,
und einer geraden Linien, die das Paar von Schallquellen miteinander
verbindet, gebildet werden, können
die Schalldruckpegel der Töne
erhöht
werden, so daß die
Schalldruckverteilung in dem Hörbereich
eine Neigung aufweist.
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Dadurch
werden die Ankunftszeiten (Ankunftszeitlage) und die Schalldruckpegel
für beide Ohren
des Hörers,
der sich auf einer symmetrischen Achse befindet, die gleiche Abstände von
dem Paar von Schallquellen hat, ausgeglichen. So kann ein Klangbild
aus dem Zentrum des Paars von Schallquellen normal wahrgenommen
werden.
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Obwohl
in einer Position in der Nähe
einer der Schallquellen des Paares von den Tönen, die die beiden Ohren des
Hörers
erreichen, der Ton aus der näheren
Schallquelle eine kleine Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren aufweist
(eine Differenz für
die Ankunftszeit des Tons zwischen den beiden Ohren), weist der
Ton aus einer weiter entfernten Schallquelle eine größere Pegeldifferenz
zwischen den beiden Ohren auf (gibt es einen Schalldruckunterschied
zwischen den beiden Ohren). Deshalb kann auch in einer Position,
die zu einer Schallquelle des Paares von Schallquellen hin verschoben
ist, auf der Basis des Zeit-Intensitäts-Tradings zwischen der Pegeldifferenz
zwischen den beiden Ohren und der Zeitdifferenz zwischen den beiden
Ohren eine Klangbildwahrnehmung erzeugt werden, die identisch ist
mit dem Fall einer Hörposition
auf einer symmetrischen Achse in dem Hörbereich, die gleiche Abstände von dem
Paar von Schallquellen hat.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung können
selbst dann, wenn in einem vorbestimmten Bereich, der gleiche Abstände von
dem Paar von Schallquellen hat, Töne aus den Schallquellen abgehört werden,
eine Klangbild-Lokalisierungsposition
und ein Stereoklang so erzeugt werden, daß sie identisch sind mit dem
Fall, daß den von
einem Paar von Schallquellen abgestrahlten Tönen an einer Stelle mit gleichen
Abständen
von den beiden Schallquellen abgehört werden. Deshalb kann unabhängig von
der Position des Hörers
ein Wiedergabeschallfeld erzeugt werden, in dem Stereoklang und
Mehrkanal-Kinofilmton genossen werden kann, ohne daß der Hörer aufgrund
der Bewegung der Klangbild-Lokalisierungsposition in Abhängigkeit von
der Hörposition
ein Unbehagen empfindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Wiedergabegeräts für optische Platten, bei dem
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
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2 zeigt
eine Darstellung der Schallabstrahlung von Lautsprechern,
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3 zeigt
eine Darstellung eines Beispiel für die Konfiguration eines in
dem Wiedergabegerät von 1 benutzten
Array-Lautsprechersystems, von virtuellen Schallquellen (virtuellen
Lautsprechern) und einer Klangbild-Lokalisierungsposition,
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4 zeigt
eine Darstellung des Zeit-Intensitäts-Tradings zwischen der Pegeldifferenz
zwischen beiden Ohren und der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren,
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5A, 5B und 5C zeigen
Graphiken, die das Zeit-Intensitäts-Trading
zwischen der Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren und der Zeitdifferenz
zwischen beiden Ohren illustrieren,
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6 zeigt
ein Blockdiagramm, das das Zeit-Intensitäts-Trading zwischen der Pegeldifferenz zwischen
beiden Ohren und der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren illustriert,
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7A, 7B und 7C zeigen
Graphiken, die das Zeit-Intensitäts-Trading
zwischen der Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren und der Zeitdifferenz
zwischen beiden Ohren illustrieren,
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8 zeigt
eine Darstellung eines Schallfelds in einer virtuellen geschlossenen
Fläche,
die keine Schallquelle enthält,
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9 zeigt
eine Darstellung des Kirchhoffschen Integrals,
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10 zeigt
ein Blockdiagramm eines Systems, das M Schallquellen benutzt, um
Schalldrücke und
Partikelgeschwindigkeiten an N Punkten zu reproduzieren,
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11 zeigt
eine Darstellung des Prinzips der Erweiterung des Kirchhoffschen
Integrals auf einen Halbraum,
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12 zeigt
eine Darstellung eines spezifischen Beispiels für die Erweiterung des Kirchhoff-Integrals
auf einen Halbraum,
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13A und 13B zeigen
Darstellungen einer in dem Wiedergabegerät von 1 durchgeführten Schallfeldgenerierung
und -steuerung,
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14A und 14B zeigen
Graphiken, in denen Zeichnungen von Konturen für die Darstellung von Schalldruckverteilungen
benutzt werden, die man erhält,
wenn von den Intensitäts-Stereosignalen das
R-ch-Audiosignal in einen Raum abgestrahlt wird,
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15 zeigt
eine Darstellung eines Beispiels für die Wiedergabe von Intensitäts-Stereophonie nach
dem Stand der Technik,
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16 zeigt
eine Darstellung eines Beispiels für die Wiedergabe von Intensitäts-Stereophonie nach
dem Stand der Technik.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im
folgenden werden anhand der anliegenden Zeichnungen ein Gerät und ein
Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden das Gerät
und das Verfahren auf ein Wiedergabegerät für eine optische Platte, z.B. eine
DVD (Digital Versatile Disc) angewendet, auf der Videodaten und
Audiodaten aufgezeichnet sind.
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Aufbau und Wirkungsweise
des Wiedergabegeräts
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1 zeigt
ein Blockdiagramm des Wiedergabegeräts nach dem Ausführungsbeispiel.
Das Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
umfaßt,
wie in 1 dargestellt, eine optische Plattenleseeinheit 1,
eine Demultiplexerschaltung 2, ein Audiodaten-Verarbeitungssystem 3 und
ein Videodaten-Verarbeitungssystem 4.
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Das
Audiodaten-Verarbeitungssystem 3 enthält einen Audiodaten-Dekodierer 31,
eine Schallfeldgenerierungschaltung 32, eine n-Kanal-Verstärkerschaltung 30,
ein Array-Lautsprechersystem 34 und
eine Schallfeldsteuerschaltung 35. Das Videodaten-Verarbeitungssystem 4 umfaßt einen
Untertiteldaten-Dekodierer 41, eine Untertitel-Wiedergabeschaltung 42 einen
Videodaten-Dekodierer 43, eine Video-Wiedergabeschaltung 44, eine Überlagerungsschaltung 45 und
eine Videoanzeigeeinheit 46.
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Die
optische Plattenleseeinheit 1 enthält eine Einrichtung für das Laden
einer optischen Platte, einen Drehantrieb für eine optische Platte mit
einem Spindelmotor, eine optische Abtaststufe mit einem optischen
System, wie einer Laserquelle, einem Objektiv, einem biaxialen Stellglied,
einem Strahlenteiler und einem Fotodetektor, ferner einen Schlittenmotor zum
Bewegen der optischen Abtaststufe in radialer Richtung der optischen
Platte sowie verschiedene Arten von Servoschaltungen. Die letztgenannten Komponenten
sind in 1 nicht dargestellt.
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Durch
das Emittieren eines Laserstrahls auf die optische Platte, wenn
diese geladen ist, und durch das Empfangen des von der optischen
Platte reflektierten Strahls liest die optische Plattenleseeinheit 1 Multiplexdaten
aus, die auf der optischen Platte aufgezeichnet sind und in denen
Videodaten, Untertiteldaten, L-ch- und R-ch-Audiodatenfelder sowie verschiedene
Arten anderer Daten gemultiplext sind. Die optische Plattenleseeinheit 1 führt die
notwendige Verarbeitung, z.B. eine Fehlerkorrektur, an den ausgelesenen
Daten aus und liefert die verarbeiteten Daten an die Demultiplexerschaltung 2.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
die auf der optischen Platte aufgezeichneten Videodaten, Untertiteldaten
und Mehrkanal-Audiodaten jeweils nach einem vorbestimmten Kodierverfahren
komprimiert.
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Die
auf der optischen Platte aufgezeichneten Mehrkanal-Audiodaten enthalten
Zweikanal-Intensitäts-Stereo-Audiodaten
und 5.1-Kanal-Stereo-Audiodaten, die eine Erweiterung der Zweikanal-Intensitäts-Stereo-Audiodaten
darstellen. Die Bezeichnung "1" in 5.1-Kanal-Stereo
repräsentiert
einen Tiefpaßkanal
(Subwooferkanal) zur Abdeckung der unteren Frequenzkomponenten und
hat keine Auswirkung auf die Stereophonie (den Stereoeffekt).
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Zur
Verkürzung
der Beschreibung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, daß es sich
bei den wiederzugebenden Audiodaten um Intensitäts-Stereo-Audiodaten mit zwei Kanälen für die linke
und die rechte Seite handelt. Mit anderen Worten, die wiederzugebenden
Audiodaten sind in dem L-ch und dem R-ch mit dem gleichen Pegel
und mit der gleichen Zeitlage aufgenommen, so daß ein Klangbild in einer zentralen
Position zwischen den L-ch- und R-ch-Lautsprechern lokalisiert wird,
wenn die Audiodaten wiedergegeben werden.
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Die
Demultiplexerschaltung 2 trennt die zugeführten Multiplexdaten
in Videodaten, Untertiteldaten, L-ch- und R-ch-Audiodatenfelder
und verschiedene Arten anderer Daten. Die Demultiplexerschaltung 2 liefert
die abgetrennten L-ch- und R-ch-Audiodatenfelder
an den Audiodaten-Dekodierer 31 des Audiodaten-Verarbeitungssystems 3.
Die Demultiplexerschaltung 2 liefert die abgetrennten Untertiteldaten
an den Untertiteldaten-Dekodierer 41 des Videodaten-Verarbeitungssystems 4 und
die abgetrennten Videodaten an den Videodaten-Dekodierer 43 des Videodaten-Verarbeitungssystems 4.
Die anderen Daten werden einer (nicht dargestellten) Steuerung zugeführt und
in dieser für
verschiedene Arten von Steuerungsoperationen usw. benutzt.
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Der
Untertiteldaten-Dekodierer 41 des Videodaten-Verarbeitungssystems 4 unterzieht
die angelieferten Untertiteldaten einer Dekomprimierung oder dgl.,
um die vor der Datenkomprimierung vorhandenen originalen Untertiteldaten
wiederherzustellen, und liefert die originalen Untertiteldaten an
die Untertitel-Wiedergabeschaltung 42. Die Untertitel-Wiedergabeschaltung 42 erzeugt
ein mit einem Videosignal zu kombinierendes Untertitelsignal, indem
sie die zugeführten
Untertiteldaten der notwendigen Verarbeitung, wie der Digital-/Analog-Umwandlung
in ein analoges Signal, unterzieht, und liefert das Untertitelsignal
an die Überlagerungsschaltung 45.
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Der
Videodaten-Dekodierer 43 des Videodaten-Verarbeitungssystems 4 unterzieht
die angelieferten Videodaten einer Dekomprimierung oder dgl., um
die vor der Datenkomprimierung vorhandenen originalen Videodaten
wiederherzustellen, und liefert die Videodaten an die Video-Wiedergabeschaltung 44.
Die Video-Wiedergabeschaltung 44 unterzieht die
angelieferten Videodaten der notwendigen Verarbeitung, wie einer
Digital-/Analog-Umwandlung in ein analoges Signal, um ein Videosignal
für die
Videowiedergabe zu erzeugen, und liefert dieses Videosignal an die Überlagerungsschaltung 45.
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Die Überlagerungsschaltung 45 erzeugt
das mit dem Untertitelsignal kombinierte Videosignal, indem sie
das zugeführte
Videosignal einer vorbestimmte Verarbeitung unterzieht, so daß das Untertitelsignal
mit dem zugeführten
Videosignal kombiniert wird, und liefert das so erzeugte Videosignal
an die Videoanzeigeeinheit 46. Die Videoanzeigeeinheit 46 besitzt
ein Anzeigeelement, z.B. ein LCD (Flüssigkristallanzeige), ein PDP
(Plasmaanzeigevorrichtung), eine organische EL-(Elektrolumineszenz)-Anzeigevorrichtung
oder eine Kathodenstrahlröhre,
und zeigt auf dem Bildschirm des Anzeigeelement ein Video auf der
Basis des Videosignals aus der Überlagerungsschaltung 45 an.
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Auf
diese Weise wird auf dem Bildschirm der Videoanzeigeeinheit 46 ein
Video auf der Basis der von der optischen Platte ausgelesenen Videodaten und
Untertiteldaten angezeigt. Obwohl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
alle Komponeten bis zu der Videoanzeigeeinheit 46 in dem
Wiedergabegerät selbst
angeordnet sind, ist die Erfindung nicht auf das Wiedergabegerät nach dem
Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Das Wiedergabegerät
kann auch eine Konfiguration haben, bei der ein Videosignal aus
der Überlagerungsschaltung 45 für die Wiedergabe
einem externen Monitor-Empfänger zugeführt wird. Das
Wiedergabegerät
kann auch eine Konfiguration haben, bei der das Videosignal aus
der Überlagerungsschaltung 45 für die Wiedergabe
aus der analogen in eine digitale Form umgewandelt und das Videosignal
dann in digitaler Form ausgegeben wird.
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Der
Audiodaten-Dekodierer 31 des Audiodaten-Verarbeitungssystems 3 stellt
die vor der Datenkomprimierung vorhandenen originalen Audiodatenfelder
wieder her, indem er die zugeführten
L-ch- und R-ch-Audiodatenfelder einer Dekomprimierung oder dgl.
unterzieht. Der Audiodaten-Dekodierer 31 erzeugt auch Audiodatenfelder
in mehreren Kanälen, die
den Lautsprechern des Array-Lautsprechersystems 34 entsprechen,
das durch die enge Nebeneinanderanordnung mehrerer (z.B. 12 bis
16) kleiner Lautsprecher (elektroakustischer Wandler) gebildet wird,
wie dies weiter unten beschrieben wird, und liefert die Mehrkanal-Audiodatenfelder
an die Schallfeldgenerierungsschaltung 32. Mit anderen
Worten, der Audiodaten-Dekodierer 41 besitzt eine Gestaltungsfunktion
für die
Bildung eines Audiosignals in jedem Kanal, das einer Signalverarbeitung
für die Schallfeldgenerierung
unterzogen wird.
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Die
Schallfeldgenerierungsschaltung 32 enthält digitale Filterschaltungen,
die jeweils den zugeführten
Mehrkanal-Audiodatenfeldern entsprechen, und stellt einen Teil dar,
in dem durch die digitale Signalverarbeitung der den Lautsprechern
des Array-Lautsprechersystems 34 entsprechenden
Mehrkanal-Audiodatenfelder die Töne,
die von den Lautsprechern des Array-Lautsprechersystems 34 abgestrahlt
werden, virtuelle Schallquellen (virtuelle Lautsprecher) mit zwei
Kanälen
auf der rechten bzw. linken Seite bilden können, um auf diese Weise Stereophonie
(Stereoeffekt) zu realisieren.
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Die
von der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 verarbeiteten
Mehrkanal-Audiodatenfelder
werden der n-Kanal-(Mehrkanal)-Verstärkerschaltung 33 zugeführt.
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Die
n-Kanal-Verstärkerschaltung 33 wandelt die
zugeführten
Mehrkanal-Audiodatenfelder
aus digitalen Signalen in analoge Signale um, verstärkt die analogen
Signale auf einen vorbestimmten Pegel und liefert die verstärkten analogen
Signale an die entsprechenden Lautsprecher des Array-Lautsprechersystems 34.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird das Array-Lautsprechersystem 34 gebildet,
indem man z.B. 12 bis 16 kleine Lautsprecher eng nebeneinander anordnet.
Indem diese Lautsprecher benutzt werden, um Töne auf der Basis der den Lautsprechern
zugeführten
Audiosignale abzustrahlen, können
virtuelle L-ch- und R-ch-Schallquellen gebildet werden, um auf diese
Weise Stereophonie zu realisieren.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann die Schallfeldsteuerschaltung 35 ein
geeignetes Schallfeld generieren, indem sie die digitalen Signalverarbeitungsschaltungen,
die die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 bilden, so steuert,
daß ein
geeignetes Schallfeld generiert werden kann. Die Schallfeldsteuerschaltung 35 hat
eine Mikrocomputer-Konfiguration mit
einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit), einem ROM (Nuriesespeicher)
und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), die in 1 nicht
dargestellt sind.
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Mit
anderen Worten, in dem Wiedergabegerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und die Schallfeldsteuerschaltung 35 dazu
benutzt, eine Signalverarbeitungsfunktion zur Gestaltung und Steuerung
eines angestrebten Schallfelds zu realisieren.
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Das
Array-Lautsprechersystem 34 strahlt in der oben beschriebenen
Weise Töne
auf der Basis der auf der optischen Platte aufgezeichneten L-ch- und
R-ch-Audiodatenfelder
ab, wodurch auf der optischen Platte aufgezeichnete Mehrkanal-Audiodatenfelder
wiedergegeben und benutzt werden können.
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Die
Audiodatenfelder und die Videodaten, die auf der in die optische
Plattenleseeinheit 1 geladenen Platte aufgezeichnet sind,
bilden Filminhalte (Movie-Content) mit Audiodaten und Videodaten,
die wiedergegeben werden, wobei beide miteinander synchronisiert
sind. Die Verarbeitung in dem Audiodaten-Verarbeitungssystem 3 und
die Verarbeitung in dem Videodaten-Verarbeitungssystem 4 werden
synchron ausgeführt.
Der Ton auf der Basis der auf der wiederzugebenden optischen Platte
aufgezeichneten Audiodaten und das Video auf der Basis der auf der wiederzugebenden
optischen Platte aufgezeichneten Videodaten werden synchron wiedergegeben.
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Selbst
wenn die Hörposition
nicht eine Position ist, die gleiche Abständen von den virtuellen L-ch-
und R-ch-Schallquellen hat, ordnen die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
die Schallfeldsteuerschaltung 35 in dem Wiedergabegerät nach dem vorliegenden
Ausführungsbeispieldas
Klangbild an einer Zwischenposition zwischen den virtuellen L-ch- und
R-ch-Schallquellen an, wenn Töne
aus den virtuellen L-ch- und R-ch-Schallquellen abgehört werden.
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Die Klangbildposition
bei der Stereowiedergabe
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Im
folgenden wird eine Klangbildposition bei der zweikanaligen Wiedergabe
von Intensitäts-Stereophonie
beschrieben. Bei der Wiedergabe von zweikanaliger Intensitäts-Stereophonie
wird die Zuteilung der Signalepegel für den L-ch und den R-ch entsprechend der
Position des Klangbilds gesteuert, um das Klangbild zwischen den
L-ch- und R-ch-Lautsprechern zu lokalisieren.
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Wenn
das Klangbild z.B. genau im Zentrum (der zentralen Position) zwischen
dem R-ch-Lautsprecher
und dem L-ch-Lautsprecher lokalisiert wird, werden die Audiosignale
dem L-ch- und dem R-ch-Lautsprecher mit dem gleichen Signalpegel
zugeteilt. Wenn das Klangbild an einer gegenüber der zentralen Position
nach rechts (der Seite des R-ch-Lautsprechers)
verschobenen Position lokalisiert wird, wird der dem Audiosignal
für den R-ch-Lautsprecher
zugeteilte Pegel erhöht
(siehe die Referenz: Journal of the Acoustical Society of Japan, Band
33, Nr. 3, Seiten 116–127, "Sutereo-onb-no Kaisekiho
to sono Oyo (Method for Analyzing Stereo Sound Field and Application
Thereof)", Tabelle
2).
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Wenn
in einem Intensitäts-Stereoverfahren die
Klangbildposition gesteuert wird, haben die Signalzuteilung für den R-ch
und die Signalzuteilung für den
L-ch die gleiche Zeitlage. Es wird also lediglich die Pegelzuteilung
für den
L-ch und den R-ch geändert.
Für die
Einstellung der Klangbildposition bei der Wiedergabe von Intensitäts-Stereophonie wird
davon ausgegangen, daß die
Hörposition,
wie die Hörposition
A oder D in 15, etwa gleiche Abstände von den
L-ch- und R-ch-Lautsprechern hat. Wenn die Hörposition z.B. nach rechts
oder nach links verschoben ist, wie die Hörposition B, C, E oder F, wird
das Klangbild in einer von der angenommenen Klangbildrichtung abweichenden
Richtung wahrgenommen.
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Selbst
wenn es Schallquellen mit einem L-ch und einem R-ch gibt, denen
z.B. der gleiche Pegel zugeteilt wird, um ein Klangbild in einer
zentralen Position wahrzunehmen (klangbildlokalisierte Position, wie
die Position SPC in dem vorbestimmten Hörbereich von 15,
die als eine Position vor dem Hörer angenommen
wird), ist es schwierig, das Klangbild an der zentralen Position
wahrzunehmen, wenn die Hörposition
nach links verschoben ist, wie dies durch die Hörpositionen B, C, E, F oder
dgl. in 15 dargestellt ist, und der
Präzedenzeffekt
bewirkt, daß das Klangbild
in Richtung des zuerst ankommenden Schalls an der Position des L-ch-Lautsprechers wahrgenommen
wird.
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Darüber hinaus
werden akustische Wellen von dem L-ch- und dem R-ch-Lautsprecher
so abgestrahlt, daß der
Schalldruck in einer beliebigen Richtung normalerweise so gleichförmig wie
möglich
ist, wie dies in 2 dargestellt ist, die die Schallabstrahlung
durch den L-ch-Lautsprecher illustriert. Somit bewirkt eine Verschiebung
in der Hörposition
nach links, daß ein
lauter Ton aus dem L-ch-Lautsprecher gehört wird,
so daß die
Klangbildposition nach links verschoben ist.
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Das
Wiedergabegerät
nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
enthält
das oben beschriebene Array-Lautsprechersystem 34. Das
Array-Lautsprechersystem 34 wird z.B. so aufgebaut, daß mehrere
kleine Lautsprecher nahe nebeneinander angeordnet werden, wie dies
in 3 dargestellt ist. Wie weiter unten beschrieben
wird, werden durch die Benutzung einer Technologie zur Klangbildgenerierung und
-steuerung (Wellenfeld-Synthese) eine virtuelle rechte Schallquelle
(virtueller Lautsprecher) SPR und eine virtuelle linke Schallquelle
(virtueller Lautsprecher) SPL gebildet, wie dies in 3 durch
gestrichelte Linien angedeutet ist. Indem der Hörer in die Lage versetzt wird,
Töne wahrzunehmen,
die in den Richtungen der virtuellen Lautsprecher SPR und SPL abgestrahlt
werden, kann das Klangbild an einer angenommenen Klangbildposition
SPC im Zentrum des Array-Lautsprechersystems 34 lokalisiert
werden.
-
Obwohl
das Klangbild in diesem Zustand für die Hörpositionen A und B, die sich
in 3 im Zentrum befinden, an der Klangbildposition
SPC lokalisiert (von dem Hörer
wahrgenommen) werden kann, ist für
die Hörpositionen
B und E die Position, an der das Klangbild wahrgenommen wird, gegenüber der angenommenen
Klangbildposition SPC verschoben, und für die Hörpositionen C und F ist die
Position, an der das Klangbild wahrgenommen wird, noch weiter verschoben.
Durch die Ausnutzung des Zeit-Intensitäts-Tradings zwischen der Pegeldifferenz
und der Zeitdifferenz des abgestrahlten Schalls zwischen beiden
Ohren kann bei dem Wiedergabegerät
nach dem vorliegenden Ausführungsbeipiel
das Klangbild an einer beliebigen Position in einem breiten Hörbereich
in einer Richtung wahrgenommen werden, in der das Klangbild vorausgesetzt
wird. Dies kann speziell mittels eines Verfahrens zur akustischen
Wellenfeld-Synthese auf der Basis der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
der Schallfeldsteuerschaltung 35 realisiert werden.
-
Zeit-Intensitäts-Trading
zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren
-
Im
folgenden wird das Zeit-Intensitäts-Trading
zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren beschrieben. 4 bis 7C zeigen
Darstellungen des Zeit-Intensitäts-Tradings
zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren. Wie 4 zeigt, wird vorausgesetzt,
daß ein
vorbestimmtes Testsignal (Impulssignal), das von einer unabhängigen Schallquelle
G abgestrahlt wird, sowohl an einer Hörposition A vor der Schallquelle
G als auch an einer Hörposition
B, die gegenüber
der Position A nach links verschoben ist, als auch an einer Hörposition
C, die noch weiter nach links verschoben ist, abgehört wird.
-
Die
Impulswellenformen an den beiden Ohren eines Hörers an der Hörposition
A in diesem Umfeld sind in den Teilen (a) und (b) von 5A dargestellt,
die Impulswellenformen an den beiden Ohren eines Hörers an
der Hörposition
B sind in den Teilen (c) und (d) von 5B dargestellt,
und die Impulswellenformen an den beiden Ohren eines Hörers an der
Hörposition
C sind in den Teilen (e) und (f) von 5C dargestellt.
-
Mit
anderen Worten, bei jeder der in 4 dargestellten
Impulswellenformen handelt es sich um eine Impulswellenform, die
in der Nähe
jedes der beiden Ohren jedes Hörers
an jeder Hörposition
gemessen wird, wenn das vorbestimmte Impulssignal von der Schallquelle
G abgestrahlt wird. Die Teile (a) und (b) von 5A zeigen
Impulswellenformen in der Nähe
des linken bzw. des rechten Ohrs des Hörers an der Hörposition
A. Die Teile (c) und (d) von 5B zeigen
Impulswellenformen in der Nähe
des linken bzw. des rechten Ohrs des Hörers an der Hörposition B.
Die Teile (e) und (f) von 5C zeigen
Impulswellenformen in der Nähe
des linken bzw. des rechten Ohrs des Hörers an der Hörposition
C.
-
Deshalb
kennzeichnet ein Punkt, an dem die Impulswellenform erzeugt wird,
die Ankunftszeit (Ankunfts-Zeitlage), in der die Impulswellenform
ein Ohr des Hörers
erreicht, und die Amplitude der Impulswellenform kennzeichnet den
Schalldruckpegel (Signalpegel) des Tons, der ein Ohr des Hörers erreicht.
-
Wenn
der Hörer
sich an der Hörposition
A von 4 gegenüber
der Schallquelle G befindet, haben beide Ohren des Hörers gleichen
Abstand zu der Schallquelle G. Deshalb zeigen die Impulswellenformen
an beiden Ohren in diesem Fall, wie in den Teilen (a) und (b) von 5A dargestellt,
daß die
Ankunftszeiten und die Schalldruckpegel für beide Ohren gleich sind.
-
Wenn
jedoch der Hörer
an der Hörposition
B von 4 nach vorn blickt, differieren die Abstände und
Orientierungen der beiden Ohren zu der Schallquelle G. In diesem
Fall hat das Impulssignal zu dem rechten Ohr, wie in den Teilen
(c) und (d) von 5B dargestellt, eine frühere Ankunftszeit
als das Impulssignal an dem linken Ohr und hat außerdem einen höheren Schalldruckpegel.
Die Ankunftszeiten des Impulssignals für die beiden Ohren liegen später als im
Fall der Hörposition
A, und die Schalldruckpegel des Impulssignals sind an beiden Ohren
kleiner als in dem Fall der Hörposition
A.
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Wenn
der Hörer
an der Hörposition
C von 4 nach vorn blickt, differieren die Abstände und Orientierungen
beider Ohren zu der Schallquelle G noch mehr als im Fall der Hörposition
B. Dementsprechend hat auch in diesem Fall, wie in den Teilen (e)
und (f) von 5C dargestellt, das Impulssignal an
dem rechten Ohr eine frühere
Ankunftszeit und einen größeren Schalldruckpegel
als das Impulssignal an dem linken Ohr. Jedoch liegen die Ankunftszeiten des
Impulssignals für
beide Ohren hinter denen für die
Hörposition
A und die Hörposition
B, und die Schalldruckpegel des Impulssignals für beide Ohren sind kleiner
als für
die Hörposition
A und die Hörposition
B.
-
Wie
oben beschrieben wurde, werden eine Zeitdifferenz (Zeitdifferenz
der Ankunftszeit des Tons) zwischen beiden Ohren und eine Pegeldifferenz
(Differenz im Schalldruckpegel) zwischen beiden Ohren generiert.
Die Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren bedeutet, daß bezüglich des
Tons, der von der unabhängigen
Schallquelle G in den Raum abgestrahlt wird, um die beiden Ohren
des Hörers
zu erreichen, z.B. in einem Fall, in dem die Hörer sich an den Hörpositionen
B und C von 3 befinden, die Ankunftszeit
des Tons an dem rechten Ohr früher liegt
als die Ankunftszeit des Tons an dem linken Ohr, wenn die Schallquelle
G sich rechts von dem Hörer befindet.
Die Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren bedeutet, daß der Schalldruck
des Tons, der das rechte Ohr erreicht, größer ist als der Schalldruck
des Tons, der das linke Ohr erreicht.
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Deshalb
wird ein experimentelles Tonsystem vorausgesetzt, das ein Kopfhörerpaar
benutzt, bei dem die Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren und die Pegeldifferenz
zwischen beiden Ohren einstellbar sind. 6 zeigt
ein Blockdiagramm für
ein Beispiel eines solchen experimentellen Tonsystems, das ein Kopfhörerpaar
benutzt, bei dem die Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren und die
Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren einstellbar sind. Bei dem in 6 dargestellten
experimentellen Tonsystem sind für
den L-ch eine Verzögerungseinheit 102L,
ein Verstärker 103L und
ein linker Kopfhörer
L vorgesehen, und für den
R-ch sind eine Verzögerungseinheit 102R,
ein Verstärker 103R und
ein rechter Kopfhörer
R vorgesehen.
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In
diesem experimentellen Tonsystem lassen sich die Ankunftszeit und
der Schalldruckpegel für den
L-ch und den R-ch unabhängig
voneinander einstellen. Von einem Signalgenerator 101 können Audiosignale
dem L-ch und dem R-ch zugeführt
werden. Was das Audiosignal auf dem L-ch betrifft, so können die
Ankunftszeit und der Schalldruckpegel des Tons, der dem Benutzer über den
linken Lautsprecher L zugeführt
wird, durch die Verzögerungseinheit 102L bzw.
den Verstärker 103L eingestellt
werden. Was das Audiosignal auf dem R-ch betrifft, so können die Ankunftszeit
und der Schalldruckpegel des Tons, der dem Benutzer über den
rechten Lautsprecher R zugeführt
wird, durch die Verzögerungseinheit 102R bzw.
den Verstärker 103RE eingestellt
werden. Das experimentelle System von 6 ermöglicht also, die
Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren und die Pegeldifferenz zwischen
beiden Ohren einzustellen.
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In
dem experimentellen Tonsystem von 6 werden
folgende Fälle
betrachtet: (A) der Fall, daß der
Ton zu beiden Ohren mit gleicher Abstrahl-Zeitlage und mit gleichen
Signalpegel abgestrahlt wird, (B) der Fall, daß der Ton zu dem rechten Ohr
mit einer früheren
Abstrahl-Zeitlage und einem größeren Signalpegel
abgestrahlt wird, und (C) der Fall, daß der Ton zu dem rechten Ohr
mit einer früheren
Abstrahl-Zeitlage abgestrahlt wird, während der Ton zu dem linken
Ohr mit einem größeren Signalpegel
abgestrahlt wird.
-
7A, 7B und 7C zeigen
Graphiken, in denen jeweils die Abstrahl-Zeitlagen (Ankunftszeiten)
der Töne,
die zu beiden Ohren des Benutzers abgestrahlt werden, sowie die
Schalldruckpegel (Signalpegel) dargestellt sind. Mit anderen Worten,
jede der in 7A, 7B und 7C dargestellten
Impulswellenformen zeigt eine Ankunftszeit (Ankunfts-Zeitlage) des
Tons, der jedes der beiden Ohren des Benutzers in einem vorbestimmten Umfeld
erreicht, und die Magnitude jeder Impulswellenform zeigt den Schalldruckpegel
(Signalpegel) an.
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In
dem Fall (A), in dem der Ton zu beiden Ohren mit der gleichen Abstrahl-Zeitlage
und mit dem gleichen Signalpegel abgestrahlt wird, sind, wie in den
Teilen (1) und (2) von 7A dargestellt, die Ankunftszeiten
und die Schalldrücke
des Tons an beiden Ohren für
beide Ohren gleich.
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In
dem Fall (B), in dem der Ton zu dem rechten Ohr mit einer früheren Abstrahl-Zeitlage und mit einem
größeren Signalpegel
abgestrahlt wird, liegt, wie den Teilen (1) und (2) von 7B dargestellt,
die Ankunftszeit des Tons für
das rechte Ohr früher
als die für
das linke Ohr, und der Schalldruckpegel des Tons für das rechte
Ohr ist größer als
der für
das linke Ohr.
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In
dem Fall (C), in dem Ton zu dem rechten Ohr mit einer früheren Abstrahl-Zeitlage
abgestrahlt wird, während
der Ton zu dem linken Ohr mit einem größeren Signalpegel abgestrahlt
wird, liegt, wie in den Teilen (1) und (2) von 7C dargestellt,
die Ankunftszeit des Tons zu dem rechten Ohr früher, und der Schalldruckpegel
für den
Ton zu dem linken Ohr ist größer.
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In
dem Fall (A) (dem in den Teilen (1) und (2) von 7A dargestellten
Zustand), in dem der Ton zu beiden Ohren mit der gleichen Abstrahl-Zeitlage und
mit dem gleichen Signalpegel abgestrahlt wird, wird das Klangbild
des abgestrahlten Schalls an einer Position (zentralen Position)
wahrgenommen, die von beiden Ohren des Benutzers gleiche Abstände hat.
In dem Fall (B) (dem in den Teilen (1) und (2) von 7B dargestellten
Zustand), in dem der Ton zu dem rechten Ohr mit einer früheren Abstrahl-Zeitlage und
einem größeren Signalpegel
abgestrahlt wird, wird das Klangbild des abgestrahlten Schalls an
einer Position wahrgenommen, die näher an dem rechten Ohr des
Benutzers liegt.
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In
dem Fall (C) (dem in den Teilen (1) und (2) von 7C dargestellten
Zustand), in dem Ton zum rechten Ohr mit einer früheren Abstrahl-Zeitlage
abgestrahlt wird, während
der Ton zu dem linken Ohr mit einem größeren Signalpegel abgestrahlt
wird, kann jedoch das Phänomen
beobachtet werden, daß das
Klangbild des abgestrahlten Schalls wieder in der zentralen Position
wahrgenommen wird, die gleiche Abstände von beiden Ohren des Benutzers
hat, verglichen mit dem Fall (B) (dem in den Teilen (1) und (2) von 7B dargestellten
Zustand), in dem der Ton zu dem rechten Ohr mit einer früheren Abstrahl-Zeitlage
und mit einem größeren Signalpegel
abgestrahlt wird.
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In
den anhand von 6 und 7A bis 7C beschriebenen
Fällen
stellt die Fähigkeit,
die Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren so zu ändern, daß die Ankunftszeit des Tons
für das
rechte Ohr früher
liegt als für
das linke Ohr, und die Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren so zu ändern, daß das linke Ohr
einen größeren Schalldruckpegel
hat als das rechte Ohr, das Zeit-Intensitäts-Trading zwischen der Pegeldifferenz
und der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren dar.
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Die
Interaktion zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen
beiden Ohren waren als Phänomen
für eine
einzelne Schallquelle bekannt. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung
haben erkannt, daß diese
Interaktion auf ein integriertes Klangbild, z.B. ein Intensitäts-Stereo-Klangbild,
angewendet werden kann, das von zwei Schallquellen, einem L-ch-Lautsprecher
und einem R-ch-Lautsprecher, erzeugt wird. Wie oben beschrieben
wurde, kann das Klangbild durch die Verwendung des Zeit-Intensitäts-Tradings
zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren in einem breiten Hörbereich
in einer angestrebten Richtung wahrgenommen werden.
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Um
das Zeit-Intensitäts-Trading
zwischen der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren, wie sie oben beschrieben wurde, auszunutzen, kann in dem
Wiedergabegerät
nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch Benutzung der Technologie der Schallfeldgenerierung und -steuerung
(Technologie der Wellenfrontsynthese) eine Verschiebung der Klangfeldposition
aufgrund der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren rückgängig gemacht
werden. Die Schalldruckverteilung des Schallfelds kann gesteuert
werden, um eine inverse Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren zu
erzeugen.
-
Technologie
der Schallfeldgenerierung und -steuerung
-
Im
folgenden wird die Technologie der Schallfeldgenerierung und -steuerung
beschrieben. Zu den Verfahren zur Steuerung eines Schallfelds im dreidimensionalen
Raum gehört
ein Verfahren, bei dem das Kirchhoff-Integral benutzt ist, das z.B.
in Waseda University, Advance Research Institute for Science and
Engineering, Acoustic Laboratory, Yoshio YAMAZAKI; "Kirchhoff-sekibun-hoteishiki-ni
Motozuku Sanjigen-barcharuriarithi-ni Kansuru Kenkyu (Study on Virtual
Reality based on Kirchhoff's
Integral Equation)" dargestellt
ist.
-
Mit
anderen Worten, wenn eine geschlossen Fläche S angenommen wird, die
keine Schallquelle enthält,
wie dies in 8 dargestellt ist, kann ein Schallfeld
in der geschlossenen Fläche
S durch das Kirchhoff-Integral dargestellt werden. In 8 repräsentiert
p(ri) den Schalldruck des Punkts ri auf der geschlossen Fläche S, p(rj)
repräsentiert
den Schalldruck des Punkts rj auf der geschlossenen Fläche S, n
repräsentiert
die Normale in dem Punkt rj, un(rj) repräsentiert die Partikelgeschwindigkeit
in Richtung der Normalen n und |ri–rj| repräsentiert den Abstand zwischen
den Punkten ri und rj.
-
Das
Kirchhoff-Integral wird durch den Ausdruck (1) in 9 repräsentiert
und zeigt, daß das Schallfeld
in der geschlossenen Fläche
S vollständig reproduziert
werden kann, wenn der Schalldruck p(rj) auf der geschlossenen Fläche S und
die Partikelgeschwindigkeit un(rj) in Richtung der Normalen n vollständig gesteuert
werden kann.
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In
dem Ausdruck (1) repräsentiert ω die Winkelfrequenz,
die durch ω =
2πf dargestellt
wird, ρ repräsentiert
die Luftdichte und Gij wird durch den Ausdruck (2) in 9 dargestellt.
-
Obwohl
der Ausdruck (1) sich auf ein stetiges Schallfeld bezieht, kann
er auch auf ein transientes Schallfeld angewendet werden, indem
die Augenblickswerte des Schalldrucks p(rj) und der Partikelgeschwindigkeit
un(rj) gesteuert werden.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist es bei dem Entwurf eines Schallfelds
auf der Basis des Kirchhoff-Integral nur erforderlich, den Schalldruck
p(rj) und die Partikelgeschwindigkeit un(rj) auf der geschlossenen
Fläche
S zu reproduzieren, die in virtueller Form vorliegt. Da es in der
Praxis jedoch schwierig ist, den Schalldruck p(rj) und die Partikelgeschwindigkeit
un(rj) in jedem der aufeinanderfolgenden Punkte auf der geschlossenen
Fläche
S zu steuern, wird die geschlossene Fläche S unter der Voraussetzung
diskretisiert, daß der
Schalldruck p(rj) und die Partikelgeschwindigkeit un(rj) in einem
sehr kleinen Element auf der geschlossenen Fläche S konstant sind.
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Wenn
man N Punkte benutzt, um die geschlossene Fläche S zu diskretisieren, wird
der Ausdruck (1) in 9 zu dem Ausdruck (3) in 9. Durch
Reproduzieren des Schalldrucks p(rj) und der Partikelgeschwindigkeit
un(rj) in jedem von N Punkten auf der geschlossenen Fläche S kann
also das Schallfeld in der geschlossenen Fläche S vollständig reproduziert
werden.
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Systeme
für die
Verwendung von M Schallquellen zum Reproduzieren des Schalldrucks
p(rj) und der Partikelgeschwindigkeit un(rj) in jedem von N Punkten
enthalten das in 10 dargestellte System.
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In
diesem System wird ein Audiosignal von einer Signalquelle 201 über Filter 202 an
Lautsprecher 203 geliefert, und an N Punkten auf einer
Grenzlinie einer Kontrollregion 204 werden Schalldrücke gemessen.
Die Partikelgeschwindigkeit un(rj) in Richtung der Normalen wird
aus einem Schalldrucksignal mit Hilfe des Zweimikrofon-Verfahrens annähernd ermittelt.
-
Um
den Schalldruck p(rj) und die Partikelgeschwindigkeit un(rj) an
jedem von N Punkten zu reproduzieren, ist es dabei lediglich erforderlich,
daß die
Schalldrücke
an 2N Punkten denjenigen in dem originalen Schallfeld gleich sind.
Dies führt
zu dem Problem, als Transferfunktion Hi (i = 1 bis M) eines der
Filter 202 einen Wert zu ermitteln, bei dem die Schalldrücke an 2N
Punkten so nahe wie möglich
an die des originalen Schallfelds herankommen.
-
Wenn
jede Transferfunktion zwischen der Schallquelle i (i = 1 bis M)
und den Hörpunkten
j (j = 1 bis 2N) in dem reproduzierten Schallfeld durch Cij dargestellt
wird, die Transferfunktion eines Filters 202 in einer Stufe
vor der Schallquelle i durch Hi dargestellt wird und jede Transferfunktion
zwischen der Schallquelle i und dem Hörpunkt j in dem originalen Schallfeld
durch Pj dargestellt wird, erhält
man die in dem Ausdruck (4) in 9 dargestellte
Bewertungsfunktion J für
die Minimierung der Differenz zwischen dem reproduzieren Schallfeld
und dem originalen Schallfeld.
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Zur
Ermittlung der Transferfunktion Hi, bei der die durch den Ausdruck
(4) repräsentierte
Bewertungsfunktion J am kleinsten ist, kann der Ausdruck (5) in 9 aufgelöst werden.
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Um
das Kirchhoff-Integral auf den Halbraum zu erweitern, wie dies in 11 dargestellt
ist, kann unter der Voraussetzung, daß in einem Raum auf einer Seite
(der linken Seite) einer Grenze S1 eine Schallquelle 205 angeordnet
ist und auf der entgegengesetzten Seite (der rechten Seite) eine
Hörregion 206 angeordnet
ist, die keine Schallquelle enthält, durch
Steuern des Schalldrucks und der Partikelgeschwindigkeit an allen
Punkten auf der Grenze S1 oder in jedem der obigen diskreten Punkte
auf der Basis des Kirchhoff-Integrals ein gewünschtes Schallfeld in der Hörregion 206,
die keine Schallquelle enthält,
realisiert werden.
-
Durch
Anordnen einer Anzahl von Lautsprecher n SP1, SP2, ..., SPm auf
der linken Seite einer Kontroll-Linie S2 (Grenzlinie) mit einer
endlichen Länge,
Festlegen einer Anzahl von Kontrollpunkten C1, C2, ..., Ck auf der
Kontroll-Linie S2 und Steuern des Schalldrucks (Amplitude) und der
Phase an jedem der Kontrollpunkte C1, C2, ..., Ck in einer Hörregion
auf der rechten Seite (gegenüber
den Lautsprechern SP1, SP2, ..., SPm) der Kontroll-Linie S2, können Töne aus den
Lautsprechern SP1, SP2, ..., SPm von einem Hörer 207 als virtuelle
Schallquelle 208 auf der linken Seite der Kontroll-Linie S2 von einem Hörer 207 abgehört werden.
-
Wie
oben beschrieben wurde, kann durch Steuern der Phase (der Verzögerungszeit)
und des Schalldrucks (des Schalldruckpegels) des den einzelnen Lautsprechern zugeführten Audiosignals
ein angestrebtes Schallfeld generiert und gesteuert werden. In dem
Wiedergabegerät
nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
steuert die Schallfeldsteuerschaltung 35 einen Koeffizienten
oder dgl. einer in der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 enthaltenen Filterschaltung,
wodurch eine Schalldruckpegeldifferenz (Pegeldifferenz zwischen
beiden Ohren) generiert werden kann, die zwischen beiden Ohren entgegengesetzt
ist, so daß eine
Schalldruckverteilung gesteuert wird, durch eine Verschiebung in
der Klangbildposition aufgrund der Zeitdifferenz zwischen beiden
Ohren beseitigt wird.
-
Mit
anderen Worten, in dem Wiedergabegerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert
die Schallfeldsteuerschaltung 35 die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 in
der Weise, daß der Schalldruckpegel
oder die Verzögerungszeit
des jedem Lautsprecher zugeführten
Signals oder beide Größen gesteuert
werden, wodurch die Schalldruckverteilung in dem reproduzierten
Schallfeld in Abhängigkeit
von der Abstrahlrichtung des Tons eine solche Neigung erfährt, daß die Schalldruckverteilung
in einem Hörbereich
die Form einer angestrebten Verteilung hat.
-
Schallfeldgenerierung
und -steuerung in dem Wiedergabegerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
-
13A und 13B zeigen
Darstellungen einer Schallfeldgenerierung und -steuerung, die in dem
Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird. Das Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
umfaßt
das Array-Lautsprechersystem 34, das durch das Anordnen
von 16 Lautsprechern SP1 bis SP16 nebeneinander aufgebaut ist.
-
Auf
der Basis der Funktionen der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
der Schallfeldsteuerschaltung 35 werden die den Lautsprechern
SP1 bis SP16 zugeführten
Audiosignale so verarbeitet, daß, wie
in 13A und 13B dargestellt,
mit Hilfe des Array-Lautsprechersystems 34 Töne von einer
rechten virtuellen Schallquelle SPR und einer linken virtuellen
Schallquelle SPL abgestrahlt werden.
-
In
dem Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kann auf der Basis der Funktionen der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
der Schallfeldsteuerschaltung 35 durch Verarbeiten der
den Lautsprechern SP1 bis SP16 zugeführten Audiosignale, wie in 13A dargestellt, auf der Seite der virtuellen
Schallquelle SPL ein Teil des Hörbereichs
vor der virtuellen Schallquelle SPL kleinen Schalldruck haben. Umgekehrt
kann durch Abstrahlen eines starken Tons in einen Teil des Hörraums auf der
Seite der virtuellen Schallquelle SPR, der der virtuellen Schallquelle
SPL gegenüberliegt,
auch ein rechter Teil des Hörbereichs,
der von der virtuellen Schallquelle SPL entfernt ist, einen Ton
aufweisen, der von der linken Seite abgestrahlt wird.
-
In ähnlicher
Weise ist auf der rechten Seite der virtuellen Schallquelle SPR,
wie in 13B dargestellt, ein Teil des
Hörbereichs
vor der virtuellen Schallquelle SPR so eingestellt, daß er schwachen Schalldruck
aufweist. Umgekehrt kann durch Abstrahlen eines starken Tons in
den Teil der virtuellen Schallquelle SPL, der der virtuellen Schallquelle
SPR gegenüberliegt,
auch ein linker Teil des Hörbereichs, der
von der virtuellen Schallquelle SPR entfernt ist, einen starken
Ton aufweisen, der von der rechten Seite abgestrahlt wird.
-
In 13A und 13B zeigen
die Richtungen der Pfeile die Abstrahlrichtungen (Richtungen des
abgestrahlten Tons) des Tons aus den virtuellen Schallquellen SPR
und SPL, und die Dicke jedes Pfeils entspricht dem Schalldruckpegel
des in dieser Richtung abgestrahlten Schalls. In 13A sind die Schalldrücke des in den durch die Pfeile
L1, L2, L3 und L4 angezeigten Richtungen abgestrahlten Tons so eingestellt,
daß sie
zunehmen, wenn die Winkel zwischen der die virtuelle Schallquelle
SPL und die virtuelle Schallquelle SPR verbindenden geraden Linie
und den Pfeilen L1, L2, L3 und L4 kleiner werden. Die Beziehungen
des Schalldrucks in den Richtungen der Pfeile L1, L2, L3 und L4
werden durch L1 > L2 > L3 > L4 dargestellt.
-
In 13B sind die Schalldrücke des in den durch die Pfeile
R1, R2, R3 und R4 angezeigten Richtungen so eingestellt, daß sie zunehmen,
wenn die Winkel zwischen der die virtuelle Schallquelle SPR und
die virtuelle Schallquelle SPL miteinander verbindenden geraden
Linie und den Pfeilen R1, R1, R3 und R4 kleiner werden. Mit anderen
Worten, die Beziehungen in dem Schalldruck in den Richtungen der
Pfeile R1, R2, R3 und R4 werden durch R1 > R2 > R3 > R4 dargestellt.
-
Durch
die oben beschriebene Steuerung der Schalldruckverteilung des den
einzelnen Lautsprechern des Array-Lautsprechersystems 34 zugeführten Audiosignals
wird ein Klangbild des Tons, der in dem L-ch und dem R-ch mit der
gleichen Zeitlage und dem gleichen Pegel aufgezeichnet ist und in
der zentralen Position lokalisiert werden soll, in der zentralen Position
SPC lokalisiert, weil es in einem symmetrischen Hörbereich,
wie den Hörpositionen
A und D in 3, keine Zeitdifferenz zwischen
beiden Ohren und keine Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren gibt.
Darüber
hinaus wird in 3 an jeder der Hörpositionen
B und E das Klangbild in der zentralen Position wahrgenommen, weil
die Ankunftszeit des Tons auf der linken Seite früher liegt,
der Pegel des ankomenden Schalls jedoch größer ist. Wenn die Hörposition
z.B. über
die Bereiche der rechten und linken virtuellen Schallquellen SPR
und SPL hinaus verschoben wird, kann selbst an den Hörpositionen
C und E das Klangbild im Zentrum wahrgenommen werden, weil das Array-Lautsprechersystem 34 so gesteuert
wird, daß die
Ankunftszeit auf der linken Seite früher liegt, der Pegel des ankommenden Schalls
auf der rechten Seite jedoch größer ist.
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In
der obigen Beschreibung benutzt das Wiedergabegerät gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
das von den Lautsprechern gebildete Array-Lautsprechersystem 34,
und das den einzelnen Lautsprechern des Array-Lautsprechersystems 34 zugeführte Audiosignal
wird verarbeitet. Durch die oben beschriebene Steuerung der Schalldruckverteilung
für die
L-ch- und R-ch-Audiosignale in einem Intensitäts-Stereo-System können jedoch ähnliche
Effekte erreicht werden.
-
Auch
in Bezug auf Audiosignale, die in einem Zustand aufgezeichnet sind,
in dem sich die Zuteilungspegel (zugeteilte Schalldrücke) der
Signale für den
L-ch und den R-ch ändern,
um das Klangbild an einer beliebigen Position zwischen den L-ch-
und R-ch-Lautsprechern
zu lokalisieren, ermöglicht
der Präzedenzeffekt
eine Lokalisierung des Klangbilds in der Position eines Lautsprechers
in einer Richtung, in der der Ton die verschobenen Positionen zuerst
erreicht, selbst wenn die Audiosignale von einem normalen Stereo-Wiedergabegerät wiedergegeben
und die wiedergegebenen Töne
an verschobenen Positionen, wie den Hörpositionen B und C abgehört werden.
-
Durch
die Steuerung der Schalldruckverteilung entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung für
Audiosignale, die in einem Zustand aufgezeichnet sind, in denen
sich die Zuteilungspegel der Signale für den L-ch und den R-ch ändern, kann
das Klangbild zwischen den L-ch- und R-ch-Lautsprechern oder in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
an einer vorbestimmten Position zwischen den rechten und linken
virtuellen Schallquellen SPR und SPL lokalisiert werden, selbst
wenn der Ton an den Hörpositionen
B und C abgehört
wird.
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Falls
ein Audiosignal nur in einem der Kanäle L-ch und R-ch aufgezeichnet
ist, so daß der
wiedergegebene Ton nur aus einer Lautsprecherposition gehört werden
kann, wenn z.B. ein Audiosignal eines Musikinstruments nur in dem
L-ch aufgezeichnet ist, kann der reproduzierte Ton des Musikinstruments
an jeder der Hörpositionen
B und C vernehmlich gehört werden,
weil die virtuelle Schallquelle SPL sich an einer näheren Position
befindet, so daß es
schwierig ist, den reproduzierten Ton als Stereoklang mit räumlicher
Balance zu hören.
-
Selbst
in einem solchen Fall kann durch die Benutzung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung ein Stereoschallfeld reproduziert und genossen werden,
das eine Balance mit dem von der virtuellen Schallquelle SPR auf
der rechten Seite aufweist, da der Ton aus der virtuellen Schallquelle
SPL auf der linken Seite zu jeder der Hörpositionen B und C abgeschwächt ist.
-
In
dem Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden die Steuerung der Schalldruckverteilung in der Weise, daß, wie in 2 dargestellt,
z.B. in einem Teil des Hörbereichs, der
nahe bei der virtuellen Schallquelle SPL liegt, ein geringer Schalldruck
auftritt, und die Steuerung der Schalldruckverteilung in der Weise,
daß durch
das Abstrahlen eines starken Tons in einen Teil des Hörbereichs,
der von der virtuellen Schallquelle SPL entfernt ist, der von der
linken Seite abgestrahlte Ton selbst in einem rechten Teil des Hörbereichs
stark ist, der von der virtuellen Schallquelle SPL entfernt ist,
in dem Array-Lautsprechersystem 34 realisiert, das einen
Lautsprecherabstand hat, der kleiner ist als der Abstand zwischen
den L-ch- und R-ch-Lautsprechern
bei Intensitäts-Stereophonie,
indem die virtuelle Schallquelle SPL in einer Position weiter links
angeordnet wird als der Lautsprecher an dem linken Ende.
-
Dies
ist ein Beispiel für
die effektive Ausnutzung einer Eigenschaft, wonach der Schalldruck
auf der Außenseite
eines Endes des Array-Lautsprechersystems 34 kleiner wird,
da der Lautsprecherabstand des Array-Lautsprechersystems 34 kleiner
ist als der Abstand zwischen den virtuellen Schallquellen SPR und
SPL. Hierbei wird eine Eigenschaft effektiv ausgenutzt, wonach dann,
wenn eine virtuelle Schallquelle als Punktschallquelle außerhalb
der Länge
des Array-Lautsprechersystems 34 festgelegt wird, der Schalldruck
von einer virtuellen Punktschallquelle außerhalb einer geraden Linie,
die die virtuelle Schallquelle und ein Ende des Array-Lautsprechersystems 34 verbindet,
kleiner wird.
-
Betrachtung
einer Simulation der Schallfeldgenerierung und -steuerung
-
Als
Nächstes
werden die Ergebnisse einer Simulation einer Schallfeldgenerierung
und -steuerung in dem Wiedergabegerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
beschrieben. 14A und 14B zeigen
Graphiken, die Konturzeichnungen benutzen, um Schalldruckverteilungen
darzustellen, die man erhält,
wenn ein R-ch-Audiosignal von Intensitäts-Stereosignalen in den Raum
abgestrahlt wird. In 14A und 14B ist
die Region für
jede Schalldruckpegeldifferenz von 5 dB durch Konturen dargestellt.
Die halbkreisförmigen
gestrichelten Linien in 14A und 14B sind Kurven gleicher Ausbreitungszeit der
Wellenfront von akustischen Wellen.
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Die
in 14A und 14B dargestellten Schalldruckverteilungen
betreffen den R-ch. Auch die Schalldrücke eines L-ch-Audiosignals
sind symmetrisch verteilt. In den Simulationen ist die Zahl der
das Array-Lautsprechersystem 34 bildenden Lautsprecher
gleich 12, und der Zeichnungsbereich für die Schalldruckverteilung
beginnt in einer Position im Abstand von 10 cm von der Lautsprecherfront.
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In
dem Simulationsumfeld ist die in 14A dargestellte
Hörposition
A eine Hörposition,
an der ein Hörer
den abgestrahlten Ton hört.
Wenn in diesem Simulationsumfeld vorausgesetzt wird, daß die Breite,
in der das Array-Lautsprechersystem 34 installiert
ist, der Breite eines Anzeigebildschirms der Videoanzeigeeinheit 46 entspricht,
ist die Breite (Stereo-Schallfeldbreite), in der das Klangbild angeordnet
ist, die Breite des Array-Lautsprechersystems 34.
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Auf
einer Linie (der oberen Grenze des Schalldruckverteilungs-Zeichnungsbereichs
in jeder der 14A und 14B)
in einer Position 10 cm vor dem Array-Lautsprechersystem 34 sind
Kontrollpunkte festgelegt, und die Abstrahl-Zeitlage der Abstrahlung
von jedem Lautsprecher ist so festgelegt, daß die Zeiten, in denen eine
Wellenfront die Kontrollpunkte erreicht (wie durch die gestrichelten
Linien in 14A und 14B dargestellt),
mit der Kurven gleicher Ausbreitungszeit der akustischen Wellen übereinstimmt.
Mit anderen Worten, es wird die Verzögerungszeit des Audiosignals
für jeden
Lautsprecher festgelegt.
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Um
den Ton eines Musikinstruments zu hören, der in einen der Kanäle L-ch
und R-ch gemischt ist und dessen Klangbild so eingestellt ist, daß es an einem
Ende lokalisier wird, wird die Kurve gleicher Ausbreitungszeit der
akustischen Wellen bestimmt. Um die Klangbildposition auf der Basis
der Differenz der Ankunftszeit zwischen beiden Ohren bestimmen zu
können,
wird die Richtung einer Normalen zu Kurve gleicher Ausbreitungszeit
der akustischen Wellenfront als ein Ende der Videoanzeigeeinheit 46 benutzt.
In der Praxis können,
wie in 14A und 14B dargestellt,
gute Ergebnisse erzielt werden, indem vorzugsweise ein Kreis gebildet
wird, dessen Zentrum sich in einer Position befindet, die geringfügig von
einem Ende des Array-Lautsprechersystems 34 entfernt
ist und einen geringen Abstand hat (in einer oberen Position in 14A und 14B).
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Die
Schalldruckverteilung wird folgendermaßen eingestellt. Die Kurve
gleicher Ausbreitungszeit wird so festgelegt, daß dann, wenn Audiosignale gehört werden,
die in dem L-ch und dem R-ch gleich gemischt sind, so daß das Klangbild
im Zentrum lokalisiert wird, der Ton von einem nähergelegenen Lautsprecher abgestrahlt
wird. Die Schalldruckverteilung wird so festgelegt, daß die Pegeldifferenz
zwischen beiden Ohren erzeugt wird, die eine durch die Festlegung
verursachte Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren aufheben kann.
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Für den Schalldruck
eines Tons, der aus der Richtung eines näheren Kanal abgestrahlt wird,
wird der Schalldruck, der von einer weiter entfernten Kanalrichtung
abgestrahlt wird, um etwa 5 bis 10 dB erhöht. Die Differenz zwischen
dem Schalldruck, der in der Nähe
der Front des rechten Endes des Array-Lautsprechersystems 34 durch
den R-ch-Schall erzeugt
wird, und dem Schalldruck, der in der Nähe des linken Endes des Array-Lautsprechersystems 34 erzeugt
wird, wird z.B. auf 5 bis 10 dB festgesetzt.
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In
diesem Zustand wird ein Fall betrachtet, bei dem Ton an den einzelnen
Hörpositionen
A, B und C abgehört
wird, wie dies in 14B dargestellt ist. Ähnlich wie 14A zeigt auch 14B die Schalldruckverteilung
des R-ch-Audiosignals. Wenn man den R-ch-Schall betrachtet und die
Schalldrücke an
beiden Ohren jedes von drei Hörern
an den Hörpositionen
A, B und C vergleicht, so ist der Schalldruck an dem rechten Ohr
niedriger, oder der Schalldruck an beiden Ohren (des linken Hörers an
der Hörposition
B) ist gleich. Deshalb erreicht der Ton das rechte Ohr früher. Dabei
beträgt
die Pegeldifferenz zwischen beiden Ohren, was den Ton von der rechten
Seite betrifft, nur etwa 1 dB. Deshalb kann festgestellt werden,
daß das
Klangbild des Musikinstrumententons, der nur in den R-ch gemischt
ist und dessen Klangbild an dem rechten Ende lokalisiert werden
soll, von allen drei Hörern
auf der Basis der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren an dem rechten Ende
wahrgenommen wird.
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Wenn
man den Ton des Musikinstruments betrachtet, der in die L-ch- und
R-ch-Audiosignale gemischt
ist und dessen Klangbild lokalisiert werden soll, muß der Einfluß des Schallfelds
in dem linken Teil des Hörbereichs
berücksichtigt
werden, wobei das Klangbild eine Schalldruckverteilung und Kurven gleicher
Ausbreitungszeit aufweist, die zu denen von 14B symmetrisch
sind. Da das Schallfeld symmetrisch ist, nimmt der zentrale Hörer (an
der Hörposition
A in 14B) das Klangbild im Zentrum
wahr (einer zentralen Position in der Breite des Array-Lautsprechersystems 34,
die zentrale Position, die das Zentrum der Breite bildet, in der
das Klangbild angeordnet ist).
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Auf
der Basis des Zeit-Intensitäts-Tradings zwischen
der Pegeldifferenz und der Zeitdifferenz zwischen beiden Ohren nimmt
der Hörer
an der Hörposition
C in 14B das Klangbild im Zentrum wahr,
da der Ton von der rechten Seite die Hörposition C zuerst erreicht
und der Schall, der Hörposition
C von der linken Seite aus erreicht, eine um etwa 5 dB größere Magnitude
hat. Die in 14B dargestellten Hörpositionen
A, B und C sind symmetrisch, und der Schalldruckpegel von der linken
Seite zu dem rechten Hörer
ist gleich dem Schalldruckpegel von der rechten Seite zu dem linken
Hörer.
Somit zeigt sich, daß der
Hörer an
der Hörposition
C das Klangbild im Zentrum wahrnimmt. Ähnliches gilt für den Hörer an der
Hörposition
B, da seine Situation einer Rechts-Links-Vertauschung der Situation
des Hörers an
der Hörposition
C entspricht. Deshalb nimmt der Hörer an der Hörposition
B, ähnlich
wie der Hörer
an der Hörposition
C, das Klangbild im Zentrum wahr.
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Wie
aus den Simulationen der Schalldruckpegel in dem reproduzierten
Klangbild erkennbar ist, kann für
ein Audiosignal, das jedem Lautsprecher zugeführt wird, durch Steuern der
Verzögerungszeit und
des Schalldruckpegels ein reproduziertes Schallfeld erzeugt werden,
das eine angestrebte Schalldruckverteilung aufweist.
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Indem
man auf der Seite der virtuellen Schallquelle SPL die Schalldruckverteilung,
wie in 13A dargestellt, so steuert,
daß ein
Teil des Hörbereichs
vor der virtuellen Schallquelle SPL einen kleinen Schalldruck aufweist,
und in einen Teil des Hörbereichs
auf der Seite der virtuellen Schallquelle SPR, nämlich den Teil, der der virtuellen
Schallquelle SPL gegenüberliegt,
einen starken Ton abstrahlt, so daß der rechte Teil des Hörbereichs,
der von der virtuellen Schallquelle SPL entfernt ist, einen starken von
der linken Seite abgestrahlten Ton aufweist, und indem man auf der
Seite der virtuellen Schallquelle SPR die Schalldruckverteilung,
wie sie in 13B dargestellt ist, so steuert,
daß ein
Teil des Hörbereichs
vor der virtuellen Schallquelle SPR einen kleinen Schalldruck aufweist,
und in einen Teil auf der Seite der virtuellen Schallquelle SPL
abstrahlt, nämlich
den Teil, der der virtuellen Schallquelle SPR entgegengesetzt, einen
starken Ton abstrahlt, so daß auch
ein Teil des Hörbereichs
im Abstand von der virtuellen Schallquelle SPR einen starken Ton
aufweist, der von der rechten Seite abgestrahlt wird, wird ein Wiedergabeschallfeld
generiert, in welchem an einer beliebigen Position an jeder Stelle
in dem breiten Hörbereich
ein Klangbild wahrgenommen werden kann.
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Mit
anderen Worten, selbst wenn der abgestrahlte Ton an einer beliebigen
Position in dem reproduzierten Schallfeld abgehört wird, kann das Schallfeld
an einer Schallfeld-Lokalisierungsposition lokalisiert
werden, die als die Position vorausgesetzt wird, an der das Klangbild
lokalisiert wird, d.h., an der Klangbildposition SPC des Array-Lautsprechersystems 34.
Selbst wenn der Hörer
sich nicht an einer Position befindet, die gleiche Abstände von
beiden virtuellen Schallquellen hat, kann das Klangbild von dem
Hörer an
der angenommenen Schallfeld-Lokalisierungsposition wahrgenommen
werden.
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Indem
bei dem Wiedergabegerät
nach dem Ausführungsbeispiel
die Ausgangssignale des Array-Lautsprechersystems 34 so
gesteuert werden, daß eine
Schalldruckverteilung erreicht wird, bei der in einem Teil des Hörbereichs
vor einem beliebigen Kanal der von einem Audiosignal in einem beliebigen Kanal
verursachte Schalldruck kleiner ist als in dem entgegengesetzten
Teil des Hörbereichs,
wenn ein Hörer
nicht an einer Position hört,
die gleiche Abstände
von beiden Lautsprechern hat, erreicht der Ton aus einem näheren Lautsprecher
den Hörer
zuerst, während
der Ton aus einem weiter entfernten Lautsprecher jedoch einen höheren Pegel
hat. Selbst wenn ein Hörer
nicht im Zentrum des Hörbereichs hört, kann
er eine Klangbildposition und einen Stereoklang ähnlich wie in dem Fall wahrnehmen,
wenn er an einer Position hört,
die gleiche Abstände
von beiden Lautsprechern hat, wie dies oben beschrieben wurde. Deshalb
kann Stereomusik und Kinofilmton in einem breiten Hörbereich
genossen werden.
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Mit
anderen Worten, bei der Wiedergabe von Audiosignalen kann das Schallfeld
so gesteuert werden, daß ein
Klangbild an einer beliebigen Position an jeder Stelle in einem
breiten Hörbereich
wahrgenommen werden kann, und durch Anordnen von linken und rechten
virtuellen Lautsprechern vor dem Hörbereich auf der Basis einer
Wellenfeldsynthese und durch Steuern der Aussendung der Wellenfront von
beiden virtuellen Lautsprechern in den Hörbereich in der Weise, daß eine Seite
eine größere Amplitude
gesendet wird als in die entgegengesetzte Seite, kann ein Hörer unabhängig vom
Ort des Hörers
ein synthetisiertes Klangbild an einer gewünschten Position wahrnehmen.
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Was
darüber
hinaus die Funktionen der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
der Schallfeldsteuerschaltung 35 betrifft, so arbeiten
die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und die Schallfeldsteuerschaltung 35 kooperativ,
um die Töne
in beiden Kanälen
zu steuern, die von den Lautsprechern in beiden Richtungen in den
Hörbereich
ausgegeben werden. Durch diese Steuerung erfährt die Schalldruckverteilung
eine solche Neigung, daß bezüglich der Schalldrücke in beiden
Kanälen
im Vergleich zu einer Hörposition
auf einer Seite des Kanals die Hörposition
auf der entgegengesetzten Seite einen größeren Schalldruck hat. Bezüglich des
Frequenzbereichs des zu verarbeitenden Audiosignals gibt es keine spezielle
Beschränkung.
Wenn ein Audiosignal in einem Frequenzbereich von 200 Hz oder höher durch die
Anwendung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung verarbeitet wird, kann unabhängig von der Hörposition
in einem vorbestimmten Hörbereich (Schallfeld)
ein Klangbild an der angestrebten Position lokalisiert werden.
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In
dem oben beschriebenen Wiedergabegerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel generiert
der Audiodaten-Dekodierer 31 Audiosignale in mehreren Kanälen, die
den Lautsprechern des Array-Lautsprechersystems 34 zuzuführen sind,
und die Schallfeldgenerierungsschaltung 32 unterzieht die
Signale in den Kanälen
einer Signalverarbeitung, so daß sich
eine geneigte Schalldruckverteilung in dem Hörbereich ergibt. Das oben beschriebene
Wiedergabegerät
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Funktionen beschränkt.
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Die
Funktionen des Audiodaten-Dekodierers 31, der Schallfeldgenerierungsschaltung 32 und
der Schallfeldsteuerschaltung 35 können z.B. durch einen einzigen
Mikrocomputer realisiert werden. Mit anderen Worten, es sind vorgesehen:
Ein Gestaltungsschritt, um auf der Basis eines wiederzugebenden
Audiosignals Audiosignale in mehreren Kanälen zu generieren, um Töne von einem
Paar von Schallquellen abzustrahlen, und ein Signalverarbeitungsschritt,
um an jedem der in dem Gestaltungsschritt gebildeten Audiosignale
eine Signalverarbeitung durchzuführen,
um ein angestrebtes Schallfeld zu generieren. In dem Signalverarbeitungsschritt
wird die Schalldruckverteilung so geneigt, daß für jede Schallquelle des Paars
von Schallquellen die Schalldruckpegel der von der Schallquelle
an eine Hörposition
ausgestrahlten Töne
umgekehrt proportional zu den Winkeln ansteigen, die zwischen den
Abstrahlrichtungen der von der Schallquelle zu der Hörposition
abgestrahlten Töne
und einer das Paar von Schallquellen verbindenden geraden Linie
gebildet werden. Dies macht es möglich,
eine ähnliche
Verarbeitung vorzunehmen wie in dem Fall des Wiedergabegeräts nach
dem obigen Ausführungsbeispiel.
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Offensichtlich
können
auch dann, wenn dieses Verfahren benutzt wird, die Lautsprecher
zur Generierung der Schallquellen ein Array-Lautsprechersystem sein.
Für die
Signalverarbeitung kann durch Steuern der Verzögerungszeit oder des Schalldruckpegels
eines Audiosignals oder beider Größen ein angestrebtes Klangbild
gebildet werden, dessen Schalldruckverteilung eine Neigung aufweist.
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Obwohl
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
exemplarisch der Fall beschrieben wurde, daß ein Intensitäts-Stereo-Ton
wiedergegeben wird, ist das zu verarbeitende Audiosignal nicht auf
ein Intensitäts-Stereo-Tonsignal
beschränkt.
Das zu verarbeitende Audiosignal kann z.B. auch ein monaurales Audiosignal
oder ein Mehrkanal-Audiosignal, z.B. ein 5.1-Kanal-Audiosignal,
sein.
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Obwohl
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
exemplarisch ein Fall beschrieben wurde, bei dem ein durch Aneinanderfügen mehrerer Lautsprecher
gebildetes Array-Lautsprechersystem benutzt wird, wie es in 13A bis 14B dargestellt
ist, ist die zu benutzende Lautsprechergruppe nicht auf das Array-Lautsprechersystem
beschränkt. Die
zu benutzende Lautsprechergruppe kann auch eine Gruppe von Array-Lautsprechersystemen
sein, die in Abständen
angeordnet sind, wobei jedes System aus mehreren Lautsprechern gebildet
ist.
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Deshalb
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung auch auf einen Fall anwendbar, bei dem in dem Array-Lautsprechersystem
von 13A und 13B z.B.
nur drei linke Lautsprecher SP1, SP2 und SP3 und drei rechte Lautsprecher
SP14, SP15 und SP16 vorgesehen sind, ohne daß auch die mittleren Lautsprecher
SP4 bis SP13 vorgesehen sind. Mit anderen Worten, ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nicht auf die Zahl von Lautsprechern festgelegt.
Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist auf einen Fall anwendbar, in dem
wenigstens ein Lautsprecherpaar (tatsächliche Schallquellen) existiert,
oder auf einen Fall, in dem wenigstens ein Paar von virtuellen Lautsprecher
(virtuelle Schallquellen) existiert.
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Obwohl
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
das Array-Lautsprechersystem 34 benutzt
wird und die virtuellen Schallquellen SPL und SPR an beiden Enden
des Array-Lautsprechersystems 34 angeordnet sind, sind
die Positionen der virtuellen Schallquellen SPL und SPR nicht auf
die Enden beschränkt.
Es ist auch eine Verarbeitung möglich,
bei der jede virtuelle Schallquelle (jeder virtueller Lautsprecher)
an einer beliebigen Position angeordnet ist.
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Obwohl
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
exemplarisch ein Fall beschrieben wurde, in dem das Array-Lautsprechersystem 34 für die Generierung
der virtuellen Schallquellen SPL und SPR benutzt wird, ist der Benutzer
des Array-Lautsprechersystems 34 nicht
auf diese Anordnung beschränkt.
Mit anderen Worten, es ist nicht notwendig, die virtuellen Schallquellen
zu generieren. Bezüglich des
von tatsächlichen
Lautsprechern abgestrahlten Schalls kann durch eine Verarbeitung
in der Weise, daß die
oben beschriebene Schalldruckverteilung geneigt ist, ein Klangbild
an einer angenommenen Position in einem relativ breiten Hörbereich
unabhängig
von der Hörposition
lokalisiert werden.
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Durch
die Berücksichtigung
der Zahl und Anordnung der Lautsprecher, denen die Audiosignale zugeführt werden,
und durch Verarbeitung der von jedem Paar von Lautsprechern abgestrahlten
Audiosignalen ähnlich
wie im Fall der beiden Kanäle
bei der Wiedergabe von Intensitäts-Stereophonie
in der Weise, daß die
oben beschriebene Schalldruckverteilung geneigt ist, kann im Fall
von Mehrkanal-Audiosignalen auch in dem Wiedergabeschallfeld auf
der Basis der Mehrkanal-Audiosignale das Klangbild an einer angenommenen
Position unabhängig
von der Hörposition
lokalisiert werden.
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Obwohl
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
exemplarisch ein Fall beschrieben wurde, bei dem ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung auf ein Wiedergabegerät für optische Platten angewendet
wird, ist das Wiedergabegerät,
auf das ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anwendbar ist, nicht auf das Wiedergabegerät für optische
Platten beschränkt.
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist auf verschiedene Typen von Wiedergabegeräten anwendbar,
wie Fernsehempfänger,
Compaktdisk-Player, MD-(Mini Disc)-Player und Festplatten-Player,
die zumindest Audiosignale wiedergeben.
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Es
ist für
den einschlägigen
Fachmann offensichtlich, daß in
Abhängigkeit
von Anforderungen des Designs und anderer Faktoren verschiedene
Modifizierungen, Kombinationen, Unterkombinationen und Änderungen
vorgenommen werden können,
soweit sie innerhalb des Rahmens der anliegenden Ansprüche oder
von deren Äquivalenten
liegen.