DE2719276A1

DE2719276A1 - Elektronisches nachhallgeraet

Info

Publication number: DE2719276A1
Application number: DE19772719276
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Dipl Ing Baeder; Barry A Blesser
Original assignee: FRANZ VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: Barco-Emt Professionelle Electronic 7634 Kip GmbH
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4181820A; DE2719276C2; JPS53137104A

Description

Patentanwälte

·: üichRn 2 2 S t e i η s d ο r f s t r a ß e 21 - 22 Telefon 089 / 29 84

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FRANZ Vertriebsgesellschaft mit beschränkter Haftung Bahnhofstraße 60, 7634 Kippenheim

Elektronisches Nachhallgerät

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Nachhallgerät mit einem Digitalrechner, bei dem Klangwiederholungen mit abnehmender Intensität mit Hilfe von mit mehreren unterschiedliche Verzögerungen aufweisenden Schleifen, nämlich mit langen und kurzen Verzögerungszeiten, gebildet sind, wobei die Schleifen mit kurzer Verzögerungszeit Allpaß-Charakter aufweisen und die Schleifen mit langen Verzögerungszeiten mit zusätzlichen Anzapfungen versehen sind.

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Ein derartiges elektronisches Nachhallgerät 1st bekannt,aber nie gebaut oder auch nur simuliert worden; es geht so auch gar nicht (Frequenz, Band 16/1962 Nr. 3, H.Kuttruff "Künstlicher Nachhall", insbesondere Seite 96).

Insbesondere in der Tonaufnahmepraxis bei Rundfunkaufnahmen oder Schallplattenaufnahmen erzeugt man einen künstlichen Nachhall, um durch die Zumischung dieses künstlichen Nachhalls einen bestimmten Raumeindruck hervorzurufen. Es ist bekannt, hierzu elektromechanische Nachhallerzeuger, beispielsweise eine große Stahlblechplatte oder eine Goldfolie, zu verwenden, welche elektroakustisch zu Biegeschwingungen erregt werden. Auch sind Drahtspiralen oder Tonbandschleifen bekannt, mit denen jedoch wegen der nur begrenzten Anzahl von Rückwürfen lediglich echoartige Effekte erzielt werden können. Diese bekannten Nachhallerzeuger besitzen eine hohe Tritt-, Luft- und Körperschallempfindlichkeit. Auch sind die mechanischen Abmessungen zu groß und die Einstellbarkeit der technischen Daten unbefriedigend.

Man hat daher verschiedentlich versucht, Nachhallgeräte auf rein elektronischer Basis zu verwirklichen. M.R.Schroeder und B.F.Logan haben in Journal of the AES, Juli 1961 Band 9 Nr.3 in einem Aufsatz "Colorless' Artificial Reverberation" eine mathematische Ableitung für die Allpässe auf rein elektronischer Basis geliefert, bei welchem speziell gekoppelte Schleifen mit Allpaß-Charakter zugrundegelegt sind.

M.R.Schroeder hat in einer späteren Arbeit in Journal of the AES, Juli 1962 Band 10 Nr. 3 unter dem Titel "Natural Sounding Artificial Reverberation" eine Kombination von Schleifen mit langer Verzögerungszeit und kurzer Verzögerungszeit, wobei letztere Allpaß-Charak-

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ter aufweisen, vorgeschlagen. Mit dieser Kt vat;nation sollte eine hohe Dichte der Wiederholungen bei langer NachhaPzeit erzielbar sein, in dem eingangs erwähnten Aiisatz von H.Kuttruff "Künstlicher Nachhall" in Frequenz, Band 16/1962 Nr.3, insbesondere Seite 96, wird vorgeschlagen, zur Erzielung eines koiiuauier liehen Abklingens des Nachhalls die Schleifen zusätzlich anzuzapfen. Obgleich in diesem Aufsatz ausgeführt ist, daß der so erzeugte Nuchh.ai frei von allen Klangiäibungen ist und ein Flattern selbst bei sehr Kurzen impulsartigen Eingangssignalen nicht mehr festzustellen ist, hat sich jedoch herausgestellt, daß insbesondere dann Klangfärbungen und Flattern, d.h. eine ungenügende Kontinuität im Ausklingvorgang des Nachhalls zu beobachten sind. Bei Computersimulation dieser Schaltung wurde iowtiLi eine gewisse Signalfolge von etwa 20 Sekunden Länge eingespeist und verarbeitet und man konnte nach einer gewissen Zeit jedoch nur einmal das Resultat wieder hören. Wenn man unter Anwendung von Digitalrechnern mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit ein elektronisches Nachhallgerät der eingangs genannten Art simuliert, so ergeben u;h iolgende Nachteile:

1. Die Klangwiederholungen bzw. Wiederholzeiten der Schleifen mit langer Verzögerungszeit sind hörbar, da bei ungleichförmigen Signalen eine hervorstechende Signalwiederholung im Takt der Verzögerungszeiten festzustellen ist.

2. Das Abklingen des Nachhalls ist diskontinuierlich, da die unterschiedlichen Energieinhalte der langen Schleifen eine treppenförmig abfallende Nachhallkurve ergeben und ein der Natur entsprechendes Abfallen nach einer e-Funktion nicht erzielt wird.

3. Es tritt eine Klangverfärbung durch Kammfilter auf, da die Verzöger uiigszeiten zu kurz bemessen sind.

4. Die Impulsübertragung ist mangelhaft, da zu Beginn eines Nach-

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h:\llvorganges die Wirkung der Allpaß-Sc hie if en noch nicht einsetzt und die Dichte der KiangwitdTholungen gering ist.

5 Bei sinustonähnlicher Erregung, z.B. durch eine Flöte, führen lip Signale in den Schleifen zu störend wirkenden Schwebungen. Dieser Effekt tritt vor allem bei langen Nachhallzeiten auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Nachhaligerät zur Erzeugung von künstlichem l.achr U auf rein elektronischer Basis zu zeigen, bei dem die vorstehend genannten Machteile vermieden sind, d.h. bei dem eine ausreichendenontinuität im Ausklingvorgang des Nachhalls bzw. ein der iNatur entsprechendes Abklingen des Nachhalls erzielt wird, wobei Kl&igverfärbung und störend wirkende Schwebungen vermieden und eine ausreichende Dichte der Klangwiederholungen vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Nachhallgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summen, Differenzen und Quotienten der Anzapfungen in einem nichtharmonischen Verhältnis zueinander stehen und die Anzapfungen eine derartige Amplitudenverteilung aufweisen, daß die Energieabnahme einer e-Funktion entspricht und daß dem Ausgang der Schleifenschaltung eine verzögerte und wiederholte Kombination von unverhallten Eingangssignalen zugegeführt ist.

Unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsdigitalrechners, dessen Arbeitsgeschwindigkeit pro Instruktion 100 ns oder weniger beträgt, läßt sich künstlicher Nachhall mit höchsten Qualitätsanforderungen hinsichtlich eines stetig- logarithmischen Abklingens und hoher Dichte der Rückwürfe erzielen. Die Einstellbarkeit der Nachhallwerte ist außerdem in weiten Grenzen möglich. Ferner kann das Nachhallgerät in "real-time"-Betrieb arbeiten. Das Einführen des aus dem natürlichen

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Nachhallverlauf it- nä'tmtu bekannten, um eine raumcharakteristische Zeit verzögerten ersten Füc'^wurfos ist ohne die sonst übliche äußere Verzögerungskettc bereits durch die Arbeit des Digitalrechners im ii.gitaibereich gebildet und ist in seiner Zeitverzögerung von außen einstellbar. Es können bestimmte Hallcharakteristika eingestellt weric-n, wobei sich diese aus den vielfältig wandelbaren Parametern des über den Übertragungsbereich frequenzabhängigen Verlaufes von Nachhallzeit bestimmen lassen. 3a'\ bekannten Nachhallerzeugern, welche bisher auf dem Markt erhältlich waren, war dies nur zu einem •/anz geringt η Teil oder überhaupt iiicht möglich. Ohne ins Gewicht fallenden Mehraufwand kann man mehr als ein inkohärentes Ausgangs signal zur .Speisung von Mono-, Stereo- und Quadrosystemen bilden.

Zur weiteren Verbesserung des Impulsanschwingverhaltens und der fehlenden Dichte der Klangwiederholungen zu Beginn eines Nachhallirganges kann die Kombination der dem Ausgang der Schleifenschal-■ ung zugeführten unverhallten,aber verzögerten Eingangssignale in Abhängigkeit von der Nachhallzeit im Energieübertragungsmaß nach einer e-Funktion gedämpft sein.

Da das Ohr eine zeitliche Folge von Eigentönen bei verschiedenen Frequenzen als größere Eigentondichte erfaßt, kann die zu geringe effektive Eigentondichte, welche dem System innewohnt, durch eine zufallsgesteuerte Längenvariation der Verzögerungszeit der Schleifen wesentlich erhöht werden. Hierdurch entsteht eine Vielzahl innerer Signal-Additionen mit unbestimmbarer Phase, wie das beim natürlichen Nachhall der Fall ist. Eine weitere Unterdrückung von störenden Schwebungen wird auf diese Weise ebenfalls erzielt.

E ine Frequenzbeeinflussung des Hachhallverlaufs kann man dadurch erzielen, daß die Rückkopplungsfaktoren der Schleifen mit langer Verzögerungszeit frequenzabhängig ausgebildet sind.

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Der bei der Erfindung zur Anwendung kommende Digitalprozessor besitzt eine Arbeitsgeschwindigkeit pro Instruktion von 100 ns oder weniger. Die Ansteuerung des Digitalprozessors erfolgt mit Hilfe eines Analog-Digitalwandlers mit einer Auflösung von mindestens 10 bit. Zur Erhöhung des Dynamikumfanges kann bei der Analog-Digital-Umwandlung eine sprungweise Erweiterung des Amplitudenrasters der Quantisierung vorgesehen sein, wie das aus der DT-AS 21 55 868 bekannt ist. Es kann sich hierbei um eine dreifache Schwellenwertgesteuerte Verstärkungsumschaltung handeln.

Bei der Erfindung werden von der digital-aufbereiteten Gesamtinformation Teile abgezweigt und in ihrer Höhe oder Wertigkeit verringert und in einer Verzögerungskette gespeichert. Die gespeicherten Teilinformationen werden nach den erfindungsgemäß angegebenen verteilten Zeitspannen aus der Verzögerungskette abberufen und dem zum jeweiligen Zeitpunkt eintreffenden Eingangssignal zugesetzt. Die derart gebildete Digital-Information wird Digital-Analogwandlern zugeführt und zu entsprechenden Ausgangssignalen aufbereitet.

Anhand der beiliegenden Figuren soll die Erfingung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Nachhallerzeugungseinrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schleife mit langer Verzögerungs

zeit, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Teils einer Schleife für die

zufallsgesteuerte Längenvariation der Verzögerungszeiten und

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Fig.4 ein Blockschaltbild eines Teils einer Nachhallerzeugungseinrichtung für die zufaiisgesteuerte Mischung der Schleifenausgänge.

Das Blockschaltbild der elektronischen Nachhallerzeugung in Fig.l weist eine Verzögerungseinrichtung 1 auf, deren Verzögerungszeit t durch eine bestimmte Schalterstellung auf der Frontplatte des elektronischen Nachhallgerätes einstellbar -ist. Ferner ist eine Einrichtung 2 zur Hallerzeugung vorgesehen. Diese enthält verschiedene Verzögerungseinheiten t_-t₁₆ mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten, von denen eine in der Figur 2 dargestellt ist. Die Rückkopp lungsfaktoren der rückgekoppelten Verzögerungseinheiten können durch entsprechende Schalterstellungen auf der Frontplatte des Nachhallgerätes eingestellt werden. Die Ausgänge der Verzögerungseinrichtung 1 und der Einrichtung 2 zur Hallerzeugung sind an einen Ausgangsdiskorrelator und -verteiler 3, welcher ebenfalls Verzögerungseinheiten ^„-t-g aufweist, aufgeschlossen. Der Eingang der Einrichtung 2 zur Hallerzeugung ist an den Ausgang der Verzögerungseinrichtung 1 angeschlossen.

In Fig.2 ist eine Schleife mit langer Verzögerungszeit gezeigt. Eine Verzögerungsschaltung 4 bzw. t* besitzt mehrere Anzapfungen A„,

A„ ... A . Bei der Erzeugung des Nachhalls erfolgt die zeitliche Anu η

Ordnung der Anzapfung so, daß sie nicht nur zueinander, sondern auch ihre Summen, Differenzen und die Verhältnisse zueinander in einem nichtharmonischen Verhältnis stehen. Eine bevorzugte Lösung ist die Anordnung T =^ST(n = Nummer des Anzapf es, k = Gesamtverzögerungszeit). Durch entsprechende Dämpfungseinrichtungen g», g, .. .g erfolgt die amplitudenmäßige Verteilung in der Weise, daß die Energieverteilung gemäß einer e-Funktion erfolgt und nicht, wie zunächst naheliegend wäre, die Spannungsverteilung.

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Ferner zeigt die Fig.2, ciaiJ die in Abhängigkeil von der Nacnhallzeit im Eüeröieüi;ertra„ungsinaß nach e..ner e -Funktion gtUäxxipxce Kombination de.> uaverhailten £ingitngssignals, welches in geeigneter Weiöe verzögert und wiederholt wird und ,,em Ausgang der Schleif enanordnung zugeführt wird. In der Fig.2 ist hierzu eine weitere zur Verzögerungsschaltung t. parallel geschaltete Verzögerungseinrichtung t mic drei Anzapfen V>., B₂, B₃ vorgesehen. An den Anzapien sind Dämpfungsglieder ix,., h n„ angeschlossen, die über einen Summenpunkt an den Ausgang der SchieuV gelegt sind. Auf diese Weise wird das impulsanschwingverhaiten sowie die Dichte der Klangwiederholungen üu Beginn einet* Nachhallvorgangs verbessert.

In der Fig.3 ist von der in Fig.2 dargestellten Schleife die Verzögerungsschaltung 4 L«zw. t. dargestellt. Ausgänge dieser Verzögerungs -schaltung sind an den Sunimenpunkt am Eingang der Verzögerungsschaltung über mehrere Dämpfungs glieder, von denen zwei Dämpfungsglieder g . und g ₂ dargestellt sind, rückgekoppelt. Diese Dämpfungsglieder werden von nicht näher dargestellten, an sich bekannten Zufallsgeneratoren angesteuert. Diese Ansteuerung ist für die beiden dargestellten Dämpfungs glieder g . und g , durch Z. und Z„ angedeutet. In der Rückkopplungsleitung ist in gleicher Weise wie in Fig.2 noch ein weiteres Dämpfungsglied gj vorgesehen. Die Ausgänge der Dämpfungsglieder g sind außerdem mit dem Summenpunkt am Ausgang der Schleife, welcher in der Fig. 3 nicht näher dargestellt ist, verbunden. Durch die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung gewinnt man eine zufallsgesteuerte Längenvariation der Verzögerungszeiten.

Aus der Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Ausgänge der einzelnen Schleifen bzw. Verzögerungseinheiten t« bis t~„, von denen eine in der Fig.2 bzw. Fig.3 dargestellt ist, über Dämpfungsglieder g „ bis g _lß mit einem Summenpunkt verbunden sind. Die einzelnen Dämpfungsglieder

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Claims

P atentaaß pr üche

1/ Elektronisches Nachhallgerät zur Erzeugung von künstlichem Nachhall auf rein elektronischer Basis mit einem Digitalrechner, bei dem Klangwiederholungen mit abnehmender Intensität mit Hilfe von mehreren unterschiedliche Verzögeru,e aiiivi eisenden Schleifen, nämlich mit Schleifen langer und kurzer Verzögerungszeit, gebildet sind, wobei die Schleifen mit kurzer Verzögerungszeit Allpaß-Charakter aufweisen und die Schleifen mit zusätzlichen Anzapfungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Summen, Differenzen und Quotienten der Anzapfungen und die Anzapfungen selbst in einem nichtharmonischen Verhältnis zueinander stehen und die Anzapfungen eine derartige Amplitudenverteilung aufweisen, daß die Energieabnahme einer e-Funkcion entspricht und daß dem Ausgang der Schleifenschaltung eine verzögerte und wiederholte Kombination von unverhallten Eingangssignalen zugeführt ist.
2. Nachhallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der dem Ausgang der Schleifenschaltung zugeführten unverhallten Eingangssignale in Abhängigkeit von der Nachhallzeit im Energieübertragungsmaß nach einer e-Funktion gedämpft ist.
3. Nachhallgerät, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schleifen eine zufallsgesteuerte Längenvariation der Verzögerungszeiten vorgesehen ist.
4. Nachhallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsfaktoren der Schleifen mit langer Verzögerungszeit frequenzabhängig ausgebildet sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Nachhall^!-'-'χ r... · oinem aer Aasprüche 1 bis 4, dadurch geke η π ; eich "C L . caii die Gf-:. .„!litveraogerungszeit 1er Schlesien mit langer Verzögeningszeit 300 iis oder mehr beträgt.
6. Nachhallgerät, insbesondere nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die MLs₁ hung der Schleifenausgänge zufallsgesteuert ist.
7. bachhallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Anordnung T der Anzapfung der Beziehung T =*{'.k genügt, wobei α die Nummer des Anzapfes und k die Gesamtverzögerungszeit bedeuten.
8. Nachhallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzielung einer verbesserten Impulsübertragung und eines verbesserten Einschwingvorganges eine zu einer ersten, mit den Anzapfen versehene Verzögerungsschaltung t. parallel geschaltete zweite Verzögerungseinrichtung t mit insbesondere drei Anzapfen (B-, B„, B,), die über einen Summenpunkt an den Schleifenausganggelögt sind, enthält.

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