-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Audiodaten,
um eine dreidimensionale Wirkung zur Verfügung zu stellen.
-
Es
existiert eine Anzahl von Audioverarbeitungsalgorithmen, die es
einem Zuhörer
ermöglichen,
zu erkennen, dass ein Audiosignal von einer definierten Position
im dreidimensionalen Raum herrührt
und die nur zwei Lautsprecher verwenden. Die erste wesentliche Wiedergabeanordnung
wurde von Schroeder und Atal im Jahr 1963 entwickelt. Diese Anordnung
hing vom Konzept der Übersprechauslöschung ab.
Wie Stereowiedergabeanordnungen, erfordern dreidimensionale, auf Übersprechauslöschung basierende
Wiedergabeanordnungen, dass der Zuhörer in einem "Sweet Spot" platziert wird.
Dieser Bereich ist die Spitze eines von den Lautsprechern und dem
Zuhörer
ausgeformten gleichseitigen Dreiecks. Die Lautsprecher werden deshalb
in Azimutwinkeln von 30 Grad zum Zuhörer aufgestellt. Seit Schroeder
und Atal hat es einige alternative Ansätze gegeben. Im Besonderen
wurde einer von Lowe und Lees erreicht, die einen rein empirischen Ansatz
nahmen und auf Grundlage von frequenzabhängigen Phasen- und Amplitudenverschiebungen transaurale Übertragungsfunktionen
konstruierten. Dieser Ansatz erzeugte sehr wirkungsvolle und effiziente Übertragungsfunktionen.
-
Diese
Techniken ermöglichen
eine Anzahl von nützlichen
Wirkungen. Diese Techniken zeigen die gewünschte Leistung jedoch nur
dann, wenn Lautsprecher relativ weit von einander beabstandet werden
(mehr als acht Zoll Abstand). Es wird eine Anzahl von Anordnungen
verfügbar
werden, die es nicht erlauben, dass vielfache Lautsprecher ausreichend
von einander beabstandet werden. Wenn ein dreidimensionaler Positionierungsalgorithmus
in solch eine Anordnung integriert wird, wird die Auslöschung zwischen
den Lautsprechern auf Grund der engen räumlichen Konfiguration der
Lautsprecher wesentlicher. Dementsprechend tritt ein signifikantes Maß an Amplitudendämpfung auf.
Außerdem
geht eine wesentliche Menge des Frequenzinhalts verloren. In vielen
Fällen
wird das Hörempfinden
durch solche Techniken auf unzulässige
Grade reduziert, wenn räumlich
eng angeordnete Lautsprecher angewandt werden.
-
Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Wiedergabe von dreidimensionalem Schall unter Verwendung
einer Stereowiedergabeanordnung mit eng beabstandeten Lautsprechern
zur Verfügung
zu stellen.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Wiedergabe von dreidimensionalem Schall zur
Verfügung
zu stellen, die eine Stereowiedergabeanordnung mit eng beabstandeten
Lautsprechern verwenden, in der ein Vorprozessor zur Verfügung gestellt
wird, der Monoaudiodaten und ihre entsprechende Positionsinformation
als Eingangssignale akzeptiert, solche Eingangssignale verarbeitet,
und mehrfache Stereoströme
an eine Filterprozessorvorrichtung ausgibt.
-
Entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beide Verarbeitungsblöcke zur Einfügung zwischen
einer Signalquelle und der endgültigen
Leistungsverstärkerstufe
zur Verfü gung
gestellt. Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden detaillierten
Beschreibung von in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
zu lesenden illustrativen Ausführungsformen davon,
in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche
Elemente darstellen. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Integrität der Information
zwischen den Lautsprechern aufrecht erhalten bleibt.
-
Typische
Ausführungsformen
kombinieren die Nutzen der oben genannten Erfindungen für das Lokalisieren
von Schall und zur Verbesserung von Stereosignalen und ermöglichen
auf diese Weise, dass dreidimensionale Wirkungen von Benutzern von
Anordnungen wahrgenommen werden, die Lautsprecheranordnungen mit
enger räumlicher
Anordnung (Anordnungen, die um acht Zoll oder weniger von einander
beabstandete Lautsprecher aufweisen) verarbeiten. In einer typischen
Ausführungsform
werden ein oder mehrere Monoaudiosignale und entsprechende Positionsinformation
von entsprechenden Mischerblocks verarbeitet. Die Positionsinformation
kann Azimutinformation, Höhenangabeinformation
und Entfernungsinformation umfassen. Für jedes Monoaudiosignal wird
mit Hilfe von Panningverfahren eine Vielzahl von linken und rechten
Signalen erzeugt. Die entsprechenden linken und rechten Signale
der Vielzahl von Mischerblocks werden summiert und führen zu
einem einzelnen Satz von linken und rechten Signalen. Die Signale
innerhalb dieses Satzes werden von entsprechenden Positionierungsfiltern
verarbeitet. Die summierten Ausgänge
dieser Positionierungsfilter werden kombiniert, um ein Stereosignal
für die
Ausgabe unter Verwendung von Lautsprechern mit enger räumlicher
Anordnung zu erzeugen.
-
Das
Vorangehende hat ziemlich umfassend die Merkmale und die technischen
Vorteile der vorliegenden Erfindung umrissen, damit die detaillierte
Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstanden werden
kann. Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung, die den Gegenstand der Ansprüche der
Erfindung ausformen, werden nachstehend beschrieben. Es sollte verstanden
werden, dass das offenbarte Konzept und die bestimmte Ausführungsform
leicht verwendet werden können
als eine Basis für
das Modifizieren oder das Gestalten von anderen Anordnungen, um
die der vorliegenden Erfindung gleichen Zwecke auszuführen. Es
sollte auch realisiert werden, dass solche äquivalente Ausführungsformen
nicht von der Erfindung abweichen, wie diese in den angehängten Ansprüchen ausgeführt ist.
Die neuartigen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie bezüglich der
Erfindung charakteristisch sind, sowohl für ihren Aufbau und ihr Verfahren
des Betriebs, werden zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen
besser aus der folgenden Beschreibung verstanden werden, wenn diese
in Verbindung mit den begleitenden Figuren betrachtet wird. Es ist
jedoch ausdrücklich
zu verstehen, dass jede der Figuren nur für den Zweck der Veranschaulichung
und Beschreibung zur Verfügung
gestellt wird und diese nicht als Definition der Grenzen der vorliegenden
Erfindung beabsichtigt sind.
-
1 beschreibt
einen dreidimensionalen Lokalisierungsblock zur Verarbeitung von
Monoaudioinformation und Positionsinformation entsprechend einer
typischen Ausführungsform.
-
2 beschreibt
eine detailliertere Sicht auf einen dreidimensionalen Lokalisierungsblock
zur Verarbeitung von Monoaudioinformation und Positionsinformation
entsprechend einer typischen Ausführungsform.
-
3 beschreibt
eine detailliertere Sicht auf einen weiteren dreidimensionalen Lokalisierungsblock
zur Verarbeitung von Monoaudioinformation und Positionsinformation
entsprechend einer typischen Ausführungsform.
-
4 beschreibt
eine Implementierung eines Azimutplatzierungsfilters entsprechend
einer typischen Ausführungsform.
-
5 beschreibt
ein Ablaufdiagramm entsprechend einer typischen Ausführungsform.
-
6 beschreibt
eine tragbare Vorrichtung, die eine enge räumliche Anordnung der Lautsprecher aufweist
und die die Audioverarbeitung entsprechend einer typischen Ausführungsform
anwendet.
-
Sich
auf die Zeichnungen beziehend, beschreibt 1 den dreidimensionalen
Lokalisierungsblock 100, der entsprechend der typischen Ausführungsform
eine dreidimensionale Wirkung auf Audiosignale zur Verfügung stellt.
Block 100 verarbeitet ein oder mehrere Monoaudiokanäle (gezeigt als
Eingangssignale 1 – N)
und zugehörige
Positionsinformation. Die Positionsinformation kann Azimutinformation,
Höhenangabeinformation
und Entfernungsinformation umfassen. Mit Hilfe der Positionsinformation
werden die Monoaudiosignale vorzugsweise verarbeitet, um Azimut
Links, Azimut Rechts, Oben Links, Oben Rechts, Unten Links und Unten Rechts
Signale zu erzeugen. Diese Signale werden dann innerhalb des Blocks 100 mit
Hilfe von Positionierungsfiltern verarbeitet, um das Audiofeld zu
lokalisieren. Der Azimutfilter behält auch Mitteninformation bei
(das heißt
der Positionierungsfilter behält
eine größere Menge
der Energie bei) und ist vorteilhaft für räumlich eng angeordnete Lautsprecher.
Die anderen Kanäle
werden vorzugsweise durch entsprechende Filter verarbeitet, die
die Signale "anordnen, um
eine Wahrnehmung der Richtungsabhängigkeit des entsprechenden
Signals (zum Beispiel unten links) zur Verfügung zu stellen. Die Ausgänge der verschiedenen
Filter werden kombiniert und an linke und rechte Lautsprecher ausgegeben.
-
2 beschreibt
die Anordnung 200, in der ein einzelnes Monoeingangssignal
verarbeitet wird, um entsprechend einer typischen Ausführungsform eine
dreidimensionale Wirkung zu erhalten. Wie zuvor gezeigt, wird das
Monoaudiosignal mit Positionsinformation empfangen. Unter Verwendung
der Positionsinformation verarbeitet der Mischerblock 220 das
Monoeingangsaudiosignal mit Hilfe von Panningverfahren, um entsprechende,
für linke
und richtige Lautsprecher bestimmte Signale zu erzeugen. Wenn zum
Beispiel die Positionsinformation anzeigt, dass ein Schall vom äußersten
Rechten des Zuhörers stammt,
würde ein
entsprechendes "Rechts" Signal erzeugt,
um eine wesentlich größere Amplitude
zu besitzen als das entsprechende "Links" Signal. Wenn die Positionsinformation
anzeigt, dass ein Schall von direkt vor dem Zuhörer ausgeht, würden die
entsprechenden Rechts und Links Signale ungefähr die gleiche Amplitude besitzen.
Für Positionen
zwischen den zwei Extremen können
verschiedene Amplitudenverhältnisse
entsprechend bekannten Panningalgorithmen angewandt werden.
-
Eine
separate Verarbeitung wird vorzugsweise für Azimut und Höhenangabeinformation
angewandt, während
die Positionierung der Entfernung durch Volumenskalierung im Mischer
durchgeführt wird.
Die erzeugten Signale können
Azimut Links Signal 201, Azimut Rechts Signal 202,
Oben Links Signal 203, Oben Rechts Signal 204,
Unten Links Signal 205 und Unten Rechts Signal 206 umfassen.
Das Azimut Links Signal 201 und das Azimut Rechts Signal 202 werden
vorzugsweise unter Verwendung von Azimutinformation erzeugt. Das
Oben Links Signal 203 und das Oben Rechts Signal 204 werden
vorzugsweise als Antwort auf Höhenangabeinformation erzeugt.
Ebenso werden das Unten Links Signal 205 und das Unten
Rechts Signal 206 auf ähnliche
Weise erzeugt. Die Entfernungsinformation kann verwendet werden,
um die verschiedenen Signale selektiv zu skalieren.
-
Jedes
linke und rechte Signal wird dann dem Filterverarbeitungsblock 240 zur
Verfügung
gestellt. Innerhalb des Filterverarbeitungsblocks 240 verarbeitet
der Filter 207 das Azimutsignal 201 und das Azimutsignal 202.
Der Filter 207 kann mit Hilfe des in 4 gezeigten
Entwurfs ausgeführt
werden. Der Azimutfilter 207 entfernt einen Teilbereich
der Audioinformation ("Mitten" Information), die
sowohl den linken als auch den rechten Signalen gemeinsam oder im
Wesentlichen gemeinsam ist, bevor die Signale in linken und rechten
Schallpositionierungsfiltern verarbeitet werden. Die Ausgangssignale
des Verarbeitungsblocks 207 stellen die Azimutpositionierung
zur Verfügung.
Die Positionierungsfilter 208-211 verarbeiten
die übrigen
Signale. Die Filter 208-211 können unter Verwendung von Finite
Impulse Respons (FIR) Anordnungen mit Verzögerung, Infinite Impulse Response
(IIR) Antworten und anderen geeigneten Anordnungen ausgeführt werden.
Die entsprechenden rechten Signale werden kombiniert unter Verwendung
der Addierer 212 und 213. Die entsprechenden linken
Signale werden kombinierte unter Verwendung der Addierer 214 und 215.
-
Die
kombinierten Signale werden dann (nicht gezeigten) linken und rechten
Lautsprechern zugeführt,
und der Zuhörer
erlebt eine dreidimensionale Wirkung im Hörerlebnis. Weil der Positi onierungsfilter außerdem Mitteninformation
beibehält,
tritt eine relativ geringe Amplitudendämpfung auf. Dementsprechend
können
die Ausgangssignale der Anordnung 100 Lautsprechern bereitgestellt
werden, die räumlich
eng angeordnete Lautsprecher aufweisen.
-
3 beschreibt
die Anordnung 300, in der mehrere Monoeingangssignale verarbeitet
werden, um eine dreidimensionale Wirkung entsprechend einer typischen
Ausführungsform
zu erhalten. Die Anordnung 300 arbeitet auf eine Art, die
den Vorgängen in
der Anordnung 200 im Wesentlichen gleich ist. Jedes Monoeingangssignal
mit Positionsinformation wird einem entsprechenden Mischerblock 220 zur Verfügung gestellt,
der die Signale unter Verwendung von Panningverfahren verarbeitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden die entsprechenden Signale der Mischerblöcke 220 dann unter
Verwendung der Addierer 301 auf eine stufenförmige Weise kombiniert.
Nachdem alle entsprechenden Signale kombiniert worden sind, filtert
ein einzelner Filterverarbeitungsblock 240 die Signale
und gibt ein linkes und ein rechtes Signal für die Bereitstellung an Lautsprecher
aus.
-
4 beschreibt
eine Implementierung des Positionierungsfilters 400 entsprechend
einer typischen Ausführungsform.
Linke und rechte Signale werden von Elementen 401 und 402 empfangen
und skaliert. Das linke skalierte Signal wird dann dem Vervielfacher 403 und
dem Hochpassfilter 407 zur Verfügung gestellt. Ebenso wird
das recht skalierte Signal dem Vervielfacher 404 und dem
Hochpassfilter 408 zur Verfügung gestellt. Das Element 405 subtrahiert
das Signal des Vervielfachers 404 vom Signal des Hochpassfilters 407.
Ebenso subtrahiert das Element 406 das Signal des Vervielfachers 403 vom
Signal des Hochpassfilters 408. Dadurch wird die Information,
die im We sentlichen den rechten und linken Kanälen gemeinsam ist, entfernt.
Die entsprechenden Differenzsignale werden von entsprechenden Vervielfachern 409 und 410,
Positionierungsfiltern 411 und 412 und Verzögerungselementen 413 und 414 verarbeitet.
-
Sich
wieder auf die skalierten Versionen der ursprünglichen linken und rechten
Kanäle
beziehend, wird ein weiters Skalieren vorzugsweise durch die Vervielfacher 415 und 416 ausgeführt und
eine Verzögerung
wird durch die Verzögerungselemente 417 und 418 zur
Verfügung
gestellt. Die Ausgangssignale der Verzögerungselemente 417 und 418 werden
unter Verwendung der Addierer 419 und 420 entsprechend
kombiniert. An dieser Stelle wird den von den Positionierungsfiltern 411 und 412 erzeugten
Signalen die Mitteninformation hinzugefügt. Im Besonderen sind die
Ausgangssignale der Addierer 419 und 420 Signale,
die Azimutinformation besitzen, während sie die Mitteninformation
beibehalten.
-
Zusätzliche
Details bezüglich
der Implementierung dieser Positionierungsverarbeitung können aus
dem
US Patent Nr. 5,440,638 ersehen
werden, das hierin als Referenz integriert wird.
-
5 beschreibt
ein Ablaufdiagramm entsprechend einer typischen Ausführungsform.
In Schritt 501 werden ein oder mehrere Monoaudiosignale
mit entsprechender Positionsinformation empfangen. In Schritt 502 wird
jedes der Monoaudiosignale unter Verwendung von Panningverfahren
verarbeitet, um eine Vielzahl von Signalen zu erzeugen. In Schritt 503 werden
ausgewählte
der entsprechenden Signale kombiniert (wenn mehrfache Monoaudiosignale
empfangen werden). In Schritt 504 werden die Signale mit
Hilfe eines Azimutfilters und einer Vielzahl von Positionierungsfiltern
verarbeitet. In Schritt 505 werden die Aus gangssignale
des Azimutfilters und der Positionierungsfilter kombiniert, um ein
einzelnes rechtes Signal und ein einzelnes linkes Signal zu erzeugen.
In Schritt 506 werden das einzelne rechte Signal und das
einzelne linke Signal Lautsprechern zur Verfügung gestellt, die eine enge
räumliche Anordnung
der Lautsprecher aufweisen.
-
6 beschreibt
die tragbare Vorrichtung 600 (zum Beispiel ein Mobiltelefon)
einschließlich Unterhaltungsfunktionalität, die zur
Verwendung in Verbindung mit einigen typischen Ausführungsformen
geeignet ist. Die Vorrichtung 600 umfasst Lautsprecher 601-1 und 601-2,
die relativ eng beabstandet sind (zum Beispiel in acht Zoll oder
ungefähr
20 cm). Dementsprechend würde
die Verwendung von vorhandenen Techniken durch die Vorrichtung 600 zu einem
nicht akzeptablen Hörerlebnis
führen.
Dementsprechend stellt die Vorrichtung 600 unter Verwendung
der hierin zuvor beschriebenen Verarbeitung eine dreidimensionale
Wirkung für
die Audiosignale zur Verfügung.
-
In
einer typischen Ausführungsform
wird die Verarbeitung der dreidimensionalen Wirkung erreicht durch
Verwendung des Prozessors 602 und der Audiosoftware 604.
Wenn ein Benutzer eine entsprechende Anwendung 603 (zum
Beispiel ein Videospiel) auswählt,
kann die Anwendung 603 der Audiosoftware 604 ein
oder mehrere Monoaudiosignale mit Positionsinformation zur Verfügung stellen
und die Audiosoftware 604 stellt durch Verarbeiten mit
entsprechenden Mischerblocks eine dreidimensionale Wirkung für jedes
Monoaudiosignal zur Verfügung,
in dem sie die entsprechende Signale von den Mischerblocks kombiniert
und die entsprechenden Signale filtert. Obwohl in einer typischen
Ausführungsform Software
verwendet wird, kann, wenn erwünscht, an Stelle
von dieser und auch zusätzlich
eine integrierte Schaltung verwendet werden.
-
Auf
Grund der Kombination der Verarbeitung erfährt der Zuhörer ein Maß an Richtungsabhängigkeit
in diesem Hörerlebnis.
Außerdem
wird die Mitteninformation beibehalten und die Amplitude der Stereosignale,
die die dreidimensionalen Wirkungen aufweisen, wird aufrecht erhalten,
und der niederfrequente Inhalt wird beibehalten. Dementsprechend wird
das Hörerlebnis
auf einem relativ hohen Grad aufrecht erhalten, sogar dann, wenn
räumlich
eng angeordnete Lautsprecher angewendet werden. Außerdem wird
die Komplexität
der Audioverarbeitung für mehrfache
Audiosignale auf vernünftigen
Ebenen gehalten, und die Verarbeitung ist daher für ein breites
Spektrum von Vorrichtungen und Anwendungen geeignet.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben
worden sind, sollte es verstanden werden, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen
und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne von der Erfindung
abzuweichen, wie diese durch die angehängten Ansprüche definiert ist. Außerdem ist
nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang der vorliegenden Anwendung
auf die bestimmten Ausführungsformen
der Prozesse, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung
des Materials, die Mittel, die Verfahren und Schritte beschränkt wird,
die in der Beschreibung dargestellt sind. Wie man leicht aus der
Offenbarung erkennen wird, können
die Prozesse, Maschinen, die Herstellung, die Zusammensetzung des
Materials, die Mittel, die Verfahren oder die Schritten, die derzeit
vorhanden sind, oder später
entwickelt werden sollen und die im Wesentlichen die gleiche Funktion
leisten oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erreichen wie die
entsprechenden hierin be schriebenen Ausführungsformen, verwendet werden.
Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche in ihren
Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen, die Herstellung, Zusammensetzungen
des Materials, Mittel, Verfahren oder Schritte einbeziehen.
-
Zusammenfassung
-
Anordnung
und Verfahren zur Verarbeitung von Audiodaten für Lautsprecher mit enger räumlicher
Anordnung In einer typischen Ausführungsform werden ein oder
mehrere Monoaudiosignale und entsprechende Positionsinformation
durch entsprechende Mischerblocks verarbeitet. Die Positionsinformation
kann Azimutinformation, Höhenangabeinformation
und Entfernungsinformation umfassen. Für jedes Monoaudiosignal wird
eine Vielzahl von linken und rechten Signalen mit Hilfe von Mischverfahren
erzeugt. Die entsprechenden linken und rechten Signale der Vielzahl
von Mischerblocks werden kombiniert, wodurch sich ein einzelner
Satz von linken und rechten Signalen ergibt. Diese Signale werden
dann mit den verschiedenen Positionierungsfiltern verarbeitet und
die Ausgangssignale der Positionierungsfilter werden kombiniert,
um ein Stereosignal zur Ausgabe unter Verwendung von Lautsprechern
mit enger räumlicher
Anordnung zu erzeugen.