DE60014925T2

DE60014925T2 - Vorrichtung zur signalverarbeitung

Info

Publication number: DE60014925T2
Application number: DE60014925T
Authority: DE
Inventors: Bank Knud CHRISTENSEN; Kim Rishoej Pedersen; Morten Lave
Original assignee: TC Electronic AS
Current assignee: Tc Group Risskov Dk AS
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: AU6427000A; ATE279767T1; EP1204961A1; US7403625B1; DE60014925D1; EP1204961B1; WO2001011601A1; EP1076328A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verarbeiten von Audiosignalen gemäß Anspruch 13.
Hintergrund der Erfindung
Allgemein wird eine Nachhall erteilende Einrichtung als Schall-, Klang- oder Tonbearbeitungseinheit verstanden, die einen akustischen Ton darstellende Eingangssignale in solcher Weise bearbeiten, daß die bearbeiteten Eingangssignale zu einem künstlich hergestellten Signal modifiziert werden, das solche gewünschten akustischen Eigenschaften hat, als wenn die Eingangssignale in bestimmten Räumen wie Konzerthallen oder dergleichen vorhanden wären.
Wegen der relativ erheblichen Erfordernisse an die notwendige Hardware ist das vorstehend beschriebene Fachgebiet erst in jüngerer Zeit entwickelt worden.
Die stark verbesserten Gelegenheiten, Anlagen und Möglichkeiten der kommerziell verfügbaren digitalen Signalbearbeitungsprozessoren und die entsprechend verbesserte unterstützende A/D und D/A-Konvertierungshardware haben nichtsdestoweniger für einen bedeutenden Schritt vorwärts gesorgt, da relativ große Datenströme bearbeitet werden können, womit die Möglichkeit der physikalischen Realität nachzueifern und diese noch genauer nachzubilden, auf einen höheren Grad angehoben bzw. wird.
Trotzdem stellt es immer noch eine Tatsache dar, daß die wahre Emulation eines selbst einfachen Raumes recht kompliziert sein kann, und zwar unter Betrachtung sowohl der theoretisch notwendigen Grundlagen als auch der notwendigen Support-Hardware.
Bei der herkömmlichen Technik besteht, insbesondere im Aufzeichnungszustand, ein Problem darin, daß die Natürlichkeit schwieriger zu erreichen ist, wenn das emulierte Klang- oder Tonbild aus verschiedenen Tonquellen besteht, die sich in einem simulierten Raum befinden.
Typischerweise wird das Tonaufbereiten aus Mehrfachtonquellen durch Raumsimulatoren erzeugt, die einen oder zwei Eingänge haben, und der bearbeitete Eingangston von den verschiedenen Tonquellen hat grundsätzlich das gleiche Early-(frühe)Reflexionsmuster gemeinsam.
Folglich werden die verschiedenen Tonquellen in dem resultierenden geschaffenen Tonbild aufeinander angeordnet bzw. gestapelt. Die Qualität dieses Tonstapels ist weit davon entfernt überzeugend zu sein, und ein einfaches individuelles Schwenken jeder Quelle leidet wegen des gemeinsam genutzten frühen Reflexionsmusters immer noch unter gleichem Toneindruck.
Ein zusätzliches Problem entsteht bei Mehrkanalaufzeichnungen dadurch, daß jede Quelle sehr sorgfältig behandelt werden muß, um Natürlichkeit zu erzielen.
WO 86/02791 A offenbart ein System, bei dem Nachhallströme gerichtet werden, um eine ausgewählte Umgebung zu simulieren. Ein Nachteil des Systems besteht darin, daß jeglicher Vorteil des Anwendens eines Mehrquellenraumbearbeitens grundsätzlich ausgelöscht oder unmöglich gemacht wird, da die erzeugten Ausgangssignale mit dem Aufbereitungsverfahren „verriegelt" sind.
US 5,585,587 offenbart eine Vorrichtung zur Lokalisierung eines akustischen Bildes. Das System wird im Zusammenhang mit musikalischen Instrumenten, z.B. Synthesizern, beschrieben, wobei akustische Bilder entsprechenden der spezifizierten Quellenpunkte zugeordnet werden. Dieses System erleichtert grundlegend ein Mischen einer Mehrzahl Audioquellen (hier Instrumente). Jedoch wird das Bedienen von Mehrfachtonquellen in herkömmlicher Weise durchgeführt, d.h. durch individuelles Bedienen bzw. Handhaben jedes Bildes. Grundsätzlich bedeutet dies, daß das Mischen eine einfache Akkumulierung eines empfangenen Verzögerns/Nachhalls am Hörpunkt umfaßt, wodurch ein festes „flaches" Tonbild aufgebaut wird.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Raumsimulation für Mehrkanal-Tonbearbeitung zur Verfügung zu stellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn, wie in Anspruch 1 angegeben, die Signalbearbeitungseinheit eine Signalbearbeitungseinheit umfaßt, die eine Mehrzahl Eingänge (S1, S2, S3, S4) umfaßt, wobei eine Mehrzahl dieser Eingänge (S1, S2, S3, S4) jeweils mit wenigstens einem Generator (26, 27, 28) für ein Early-(frühes)Reflexionsmuster verbunden ist, wobei eine Mehrzahl der mindestens einen umfassenden Generatoren (26, 27, 28) für ein Early-Reflexionsmuster eine vorbestimmte Erzeugung eines Early-Reflexionsmusters bestimmt, wobei jeder der Generatoren (26, 27, 28) für ein Early-Reflexionsmuster einen Ausgang mit N Richtungs- oder Direktionalkomponenten d1, d2, d3, d4..., aufweist, wobei jede der Direktionalkomponenten der Ausgänge addiert wird, um wenigstens ein Signal mit N Direktionalkomponenten Σd1, Σd2, Σd3, Σd4,...,ΣdN zu bilden, worin Σdi (i = 1...N) die Summe von Signalkomponenten in einer der N Richtungen ist, und wobei das Summensignal das resultierende Audiosignal darstellt, hat man eine vorteilhafte Signalbearbeitungseinheit als Ergebnis dessen erzielt, daß jede Quelle in einer relativ einfachen Operation addiert werden kann, um eine treue Wiedergabe eines realen Tonfeldes zu bilden, das in einem realen Raum aufgebaut wird.
Wenn man jeden Quellenausgang in einer Richtung darstellt, die eine Darstellung sowohl der Direktionalität der individuellen Tonquellen als auch der sich ergebenden Direktionalität des erregten Tones enthält, kann die Ausbreitung in einem einfachen Bearbeitungsalgorithmus enthalten sein und bearbeitet werden.
Außerdem kann die Richtungsdarstellung gemäß psychoakustischer Kenntnis über das menschliche Hören hergestellt werden. Damit erhält man eine Richtungsdarstellung, bei der die meisten Richtungskomponenten auf Richtungen konzentriert sind, für die das menschliche Ohr reale Differenzen erkennen kann.
Gemäß der Erfindung hat sich als Richtungssummierung herausgestellt, sowohl das wahre Richtungstonsignal (d.h. das direkte Tonsignal) 0-ter Ordnung wie auch das komplexere Richtungsnachhallsignal zu akkumulieren.
Ein weiterer Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Anfangston-Signalbearbeiten mehr oder weniger getrennt vom Herstellen des Schwanz(End)-Tonsignals erfolgen kann. Demgemäß können der direkte Ton und die Reflexionen niedriger Ordnung hergestellt werden, indem man sorgsam alle implizierten Early-Mustergeneratoren abstimmt, die verschiedenen Tonsignale zu einem Initialtonsignal mischt, das alle Quellensignale darstellt, und den Tonschwanz nach dem Aufbereiten des P-Kanalsignals zu dem Signal addiert.
Wenn, wie in Anspruch 2 angegeben, die Einheit weiter eine Richtungsaufbereitungseinheit (201) umfaßt, die einen Eingang für Signale mit N-Richtungskomponenten hat, so erhält man, indem die Richtungsaufbereitungseinheit (201) P-Kanalausgangssignale an einem Ausgang der Aufbereitungseinheit 201 entsprechend den Eingangssignalen mit N-Richtungskomponenten erzeugt, eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung.
Demgemäß sieht eine modulare Aufbereitung eines P-Kanal-Tonbildes als separate Aufbereitungsstufe eine einheitliche Aufbereitung aller Eingangsquellen vor.
Ein weiterer Aspekt der obigen Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Early-Mustermodul und die P-Kanalaufbereitungsstufe individuell eingestellt und abgestimmt werden können.
Ein typische Anzahl Kanäle, d.h. der Wert von P, kann von einer Stereoanwendung mit zwei Kanälen oder z.B. fünf Kanälen bis zu z.B. zwanzig Kanälen variieren. Natürlich kann, wenn geeignet, die obere Grenze auch höher sein.
Wenn, wie in Anspruch 3 dargelegt, die P-Kanal-Ausgangssignale in einer Weise hergestellt werden, daß sie einer P-Kanal trans- oder bin-auralen Darstellung des N-Richtungseingangssignals entsprechen, hat man eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung erzielt.
Wenn, wie in Anspruch 4 dargelegt, die P-Kanal-Ausgangssignale in einer Weise hergestellt werden, daß sie einer auf Erfahrung beruhenden P-Kanaldarstellung des N-Richtungseingangssignals entsprechen, hat man eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erzielt.
Weitere Aufbereitungsmethoden innerhalb des Umfangs der Erfindung können in einem P-Kanal vektorbasierten Amplitudenschwenken des N-Richtungseingangs oder in einem P-Kanal basierten Intensitätsschwenken des N-direktionalen Eingangs oder in Kombinationen der vorerwähnten Verfahren bestehen.
Wenn, wie in Anspruch 5 angegeben, die Signalbearbeitungseinheit weiter einen Schaltkreis (202, 203) mit S-Eingängen und P-Ausgängen umfaßt, wobei die S-Eingänge individuelle Eingangskanäle für S-Eingangsquellen sind, die P-Kanalausgänge ein P-Kanal-Spätnachhallsignal umfassen, die Signalbearbeitungseinheit weiter eine Summiereinheit (204) umfaßt, die das Spät-Nachhallsignal den hergestellten P-Kanal-Ausgangssignalen der Richtungsaufbereitungseinheit (201) hinzuaddiert, so hat man eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erhalten.
Daher können die Nachhallsignale aufeinanderfolgend dem Aufbereiten des hergestellten Summensignals ohne Stören des Tonbildes für den Zuhörer aufgrund des Umstandes hinzugefügt werden, daß der Nachhalltonschwanz mehr oder weniger diffus und folglich nicht sehr gerichtet/direktional ist.
Das modulare Addieren des Tonendes zu dem hergestellten P-Kanalsignal schafft eine weitere Möglichkeit des separaten Abstimmens der Module in einer sehr vorteilhaften Weise, da das Herstellen eines Tonendsignals mehr oder weniger unabhängig vom Abstimmen der S-Quelle-Early-Mustererzeugungsstufe und der Aufbereitungsstufe abgestimmt werden kann.
Es ist zu bemerken, daß die obige Nachhallstufe abgestimmt werden sollte, um für die spezifisch gewählte Anzahl der Kanäle P zu passen.
Die Richtungsaufbereitungseinheit (201) kann ein P-Kanalausgangssignal an einem Ausgang der Aufbereitungseinheit (201) entsprechend Eingangssignalen mit N-Richtungskomponenten erzeugen.
Demgemäß kann eine Aufbereitung unabhängig von Anordnung und Zahl aller Eingangsquellen hergestellt werden, da der Aufbereitungsstufeneingang nur ein Signal mit N-Richtungen ist.
Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung kann ein Fünf-Kanalaufbereiten von 10-Richtungssignalen implizieren, wobei die Richtungen des Eingangssignalformats 0, +/–15, +/–30, +/–70, +/–110 und 180 Grad betragen und die beabsichtigte Stelle der fünf Kanäle 0, +/–30 und +/–110 Grad ist.
Augenscheinlich sind verschiedene weitere Richtungen und Stellen verwendbar, vorzugsweise mehr als 20 Richtungen.
Es sei wiederum darauf hingewiesen, daß das Aufbereiten des Tonsignals unabhängig davon erfolgen kann, wie das Eingangssignal erzeugt wird.
Die P-Kanalausgangssignale können in einer solchen Weise hergestellt werden, daß sie einer P-Kanal trans-auralen Darstellung der N-Richtungseingangssignale entsprechen.
Die P-Kanalausgangssignale können in solcher Weise hergestellt werden, daß sie einer erfahrungs-basierten P-Kanaldarstellung der N-Richtungseingangssignale entsprechen.
Wenn der Early-Mustererzeugungsmischer (29) M Eingänge umfaßt, kann man, indem jedes Eingangsempfang-Early-Mustersignal N-Richtungskomponenten umfaßt, der Mischer (29) weiter wenigstens einen Ausgang umfaßt, der wenigstens eine Ausgang ein N-Richtung-Early-Mustersignal übermittelt, und das N-Direktional-Early-Mustersignal durch Addieren der M Eingänge hergestellt wird, eine weitere vorteilhafte Anordnung der Signalbearbeitungseinheit als eine Mischung des sehr komplexen Richtungssignals erzielt und durch einfaches Addieren hergestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Anordnung der Signalbearbeitungseinheit kann man erreichen, wenn wenigstens ein Eingang (S) vorhanden ist, wobei wenigstens einer der Eingänge (S) mit wenigstens einem Raumprozessor verbunden ist, wobei wenigstens ein Raumprozessor mindestens eine Erzeugung jeweils eines Early-Musters jedes der Raumprozessoren bestimmt, der einen Ausgang (d1, d2, d3, d4 ...dN) mit N-Richtungskomponenten begründet, und jede der Richtungskomponenten (N) der Ausgänge addiert wird, um wenigstens ein Signal mit N-Richtungskomponenten zu bilden.
Das Verfahren der Wiedergabe eines Audiosignals, worin das Signal in ein Signal umfassend N-Richtungskomponenten zerlegt wird, kann zu einer vorteilhaften Signaldarstellung führen, da eine Richtungsdarstellung die Möglichkeit eines wahren und relativ einfachen Bearbeitens selbst sehr komplizierter Audiosignalszenarien erleichtert.
Außerdem sorgt die Vorgehensweise des Darstellens eines Audiosignals als N-Richtungskomponenten für die Möglichkeit des Bearbeitens sowohl des Signals 0-ter Ordnung, d.h. des direkten Tons/Klangs, als auch komplizierterer Reflexionssignale (d.h. Reflexionen erster und höherer Ordnungen) in gleicher Weise und folglich unter den gleichen Simulationsbedingungen. Damit sorgt die Signaldarstellung gemäß der Erfindung für eine Möglichkeit, wahre Korrespondenz zwischen dem direkten Klang und den resultierenden Reflexionen in dem Sinne zu schaffen, daß ein Signal in geeigneter Weise als sowohl den direkten Klang als auch die Reflexionen aufweisend wiedergegeben werden kann.
Außerdem sorgt die direktionale quantifizierte Darstellung für eine sehr typische und genaue Weise des Errichtens eines gewünschten Signals in einer bestimmten Richtung. Es sei darauf hingewiesen, daß traditionelle Richtungsemulation mehr oder weniger auf dem individuellen Schwenken der verschiedenen Tonquellen beruht. Gemäß der Wiedergabe- bzw. Darstellungserfindung bezieht sich die einzige Unsicherheit im Bezug auf die Direktionalität der hergestellten Klangsignale auf das Verfahren, mit dem die direktionale Darstellung auf eine vorgegebene Anzahl Kanäle umgesetzt (d.h. wirklichkeitsnah erzeugt) wird. Nichtsdestotrotz sei betont, daß die gemeinsame direktionale Beabstandung zwischen Tonsignalen aufrechterhalten wird, da das Aufbereitungsverfahren für alle Signale das gleiche ist, das schon vorstehend beschrieben wurde. Folglich wird das relative direktionale Positionieren durch das Signalformat und nicht durch Toningenieure, die durch herkömmliches Aufbereiten festgelegt sind, erzeugt wird.
Somit kann, wenn ausgeprägte Darstellungen gewünscht sind, eine hohe Anzahl quantisierter Richtungskomponenten gewählt werden.
Vorzugsweise sollten die N-Richtungskomponenten natürlich ein gegebenes Signal an einer spezifischen geometrischen Stelle repräsentieren.
Wenn das Signal in ein Signal zerlegt wird, das N-Richtungskomponenten umfaßt, und zwar mittels eines dazu geeigneten Signalbearbeitungsmittels, kann man eine vorteilhafte Anordnung der Signalbearbeitungseinheit erzielen, da die Signale in Realzeit hergestellt werden können.
Wenn, wie in Anspruch 6 beschrieben, das Verfahren des Bearbeitens von Audiosignalen eine Mehrzahl M-Quelleneingänge umfaßt, wobei jeder Quelleneingang als ein Early-Reflexionsmustersignal dargestellt wird, das eine Mehrzahl an N-Richtungskomponenten (d1, d2, d3, d4 ...) aufweist, wobei die Quelleneingänge addiert werden, um ein Summensignal mit N-Richtungskomponenten zu bilden (Σd1, Σd2, Σd3, Σd4 ...ΣdN), wobei Σdi (i = 1...N) die Summe der Signalkomponenten in einer der N-Richtungen ist, und wobei das Summensignal das sich ergebende Audiosignal darstellt, so hat man eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erreicht, da selbst sehr komplizierte Audiosignale mittels konventioneller Addiermittel addiert werden können, um ein komplexes und wahres Signal zu bilden, das verschiedene Tonquellenpositionen in einem Signal begründen kann.
Die Signalbearbeitungseinheit kann wenigstens einen Eingang (S) umfassen, wobei einer der Eingänge (S) mit wenigstens einer Nachhalleinheit verbunden ist, wenigstens eine Nachhalleinheit eine vorbestimmte Nachhallerzeugung bestimmt, jede der Nachhalleinheiten einen Ausgang (d1, d2, d3, d4,...) mit N-Richtungskomponenten herstellt, jede der Richtungskomponenten (N) der Ausgänge addiert wird, um wenigstens ein Signal mit N-Richtungskomponenten zu bilden, derart daß eine weitere vorteilhafte Anordnung erhalten wird, da die Signaldarstellung und der Signalbearbeitungsalgorithmus grundlegend sowohl an anfänglichen Tonsignalen als auch am Ton-Endsignal ebenfalls gemäß der Erfindung bearbeitet werden können.
Die Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von denen
1 das Grundverständnis eines nachhallenden Tons/Klanges zeigt,
2 die Grundprinzipien einer Tonbearbeitungseinheit gemäß der Erfindung zeigt,
3a–3c verschiedene Unterabschnitte des Systems zur Verwendung in der Erfindung zeigt und
4a–4b eine Early-Reflexionsmustererzeugung zur Verwendung bei der Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß den meisten Ausführungsformen der Erfindung ist es das allgemeine Ziel, daß die künstliche Erzeugung eines Raum-simulierten Klanges ein Early-Reflexionsmuster und eine Spät-Tonfolge, d.h. ein Schwanz- oder Endtonsignal umfassen sollte.
Es sei bemerkt, daß die Erfindung grundlegend auf die Early-Reflexionsmuster und folglich auf Tonbearbeitung basierend auf Early-Reflexionsmustern innerhalb des Umfangs der Erfindung gerichtet ist.
1 stellt die Grundprinzipien einer herkömmlichen Signalbearbeitungseinheit dar.
Der Schaltkreis umfaßt einen Eingang 1, der mit einem Anfangsmustergenerator 2 und einem nachfolgenden Nachhallgenerator 3 kommuniziert. Zusätzlich sind der Anfangsmustergenerator 2 und der nachfolgende Nachhallgenerator 3 mit zwei Mischern 4, 5 verbunden, die Ausgangskanäle 6 bzw. 7 aufweisen.
Der Anfangsmustergenerator 2 erzeugt eine Anfangstonsequenz mit relativ wenigen Signalreflexionen, die den ersten Teil des gewünschten emulierten Tons charakterisieren. Es stellt eine Grundannahme dar, daß das Anfangsmuster sehr wichtig ist, da ein Zuhörer ein subjektives Verstehen des simulierten Raums auf der Basis selbst eines (nur) kurzen Anfangsmusters herstellt.
Die Erklärung dieser Funktion besteht darin, daß diese Signalaufnahme der tatsächlichen Klangverbreitung und Reflexion in einem Realzeitraum entspricht.
Daher umfassen Reflexionen in einem bestimmten Raum anfänglich relativ wenige Reflexionen, da sich die erste Tonreflexion, auch Reflexion erster Ordnung genannt, von einer Tonquelle an gegebener Position in dem Raum zur Position des Zuhörers hinüber die nahesten Reflexionswände oder (Ober-)Flächen ausbreiten muß. Verglichen mit der insgesamt starken Komplexität der Technik ist dieses Tonfeld relativ einfach und kann daher in Abhängigkeit des Raumes und der Position der Quelle sowie des Zuhörers emuliert werden.
Folglich, und natürlich mit einem gewissen Grad des Überschneidens, erscheinen die nächsten Reflexionen an der Stelle des Zuhörers. Diese Reflexionen, die auch Reflexionen zweiter Ordnung genannt werden, sind die Tonwellen, die zur Position des Empfängers über zwei reflektierende Oberflächen übermittelt werden.
Allmählich nimmt diese Tonverbreitung in Abhängigkeit von der Art des Raums zu, und schließlich ist der letzte reflektierte Klang von einer stärker diffusen Natur, da er verschiedene Reflexionen der verschiedenen Ordnungen zu verschiedenen Zeiten umfaßt.
Offenbar resultiert die Tonverbreitung allmählich in einem diffusen Tonfeld, und das Tonfeld wird mehr oder weniger zu einer „Tonsuppe". Auf dieses diffuse Tonfeld wird als Endton Bezug genommen.
Wenn die Wände hohe Absorptionskoeffizienten haben, nimmt die Ausbreitung nach einem kurzen Zeitraum recht schnell ab, während die Tonverbreitung über einen relativ langen Zeitraum fortläuft, wenn die Absorptionskoeffizienten niedrig sind.
2 stellt die Grundprinzipien einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar.
Aus Erläuterungsgründen ist die gezeigte Ausführungsform der Erfindung in drei Module 20A, 20B und 20C aufgeteilt worden.
Das erste Modul 20A des Raumsimulators umfaßt gemäß der gezeigten Ausführungsform M-Quelleneinlässe 21, 22, 23.
Die Quelleneinlässe 21, 22 und 23 sind jeweils mit einem Early-Reflexionsmustergenerator 26, 27 und 28 verbunden.
Jeder Early-Reflexionsmustergenerator 26, 27 und 28 gibt M-Richtungssignale an eine summier- oder Addiereinheit 29 aus. Die Addiereinheit addiert die Signalkomponenten jeder der N vorbestimmten Richtungen aus jedem der Early-Mustergeneratoren 26, 27 und 27.
Die Summiereinheit gibt N-Richtungssignale an das Modul 20B aus, das Richtungsaufbereitungseinheit 201 umfaßt.
Das grundlegende Herstellen der N-Richtungssignale ist in 3a dargestellt.
Unter nunmehriger Rückkehr zu 2 konvertiert die Richtungsaufbereitungseinheit das N-Richtungssignal in eine P-Kanal-Signaldarstellung.
Die Grundherstellung der P-Kanäle des Moduls 20 ist in 3b dargestellt worden.
Darüber hinaus umfaßt das System ein drittes Modul 20C. Das Modul 20C umfaßt eine Nachhall-Zuführmatrix 202, die von den M-Quelleingängen 21, 22, 23 beliefert wird. Die Nachhall-Zuführmatrix 202 gibt P-Kanalsignale an einen Reverberator (Nachhalleinrichtung) 203 aus, der seinerseits ein P-Kanalsignal an eine Addiereinheit 204 ausgibt.
Somit addiert die Addiereinheit 204 den P-Kanalausgang des Reverberators 203 zum Ausgang der Richtungseinheit 201 und liefert das P-Kanalsignal an einen Auslaß.
Die Grundherstellung der P-Kanäle des Moduls 20C ist in 3c dargestellt.
Bevor die Gesamtfunktion des Algorithmus erläutert wird, werden die Basisfunktionen der Early-Refelxionsmustergeneratoren 26, 27, 28 und der Addiereinheit 29 unter Bezugnahme auf 3a erläutert.
Gemäß 3a umfaßt das Modul 20A eine Anzahl Eingänge S1, S2, S3 und S4.
Es sei bemerkt, daß eine Zahl von vier Eingängen zum Zwecke des Erzielens einer relativ einfachen Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung gewählt worden ist. Es sind (natürlich) viele andere Eingangszahlen verwendbar.
Jeder der Eingänge ist auf einen Early-Reflexionsmustergenerator 26, 27 und 28 gerichtet. Jeder Early-Reflexionsmustergenerator erzeugt ein bearbeitetes Signal, das spezifisch hergestellt und für den Quelleingang S1, S2, S3 und S4 gewählt ist. Die bearbeiteten Signale werden gemäß der gezeigten Ausführungsform als ein Signal hergestellt, das aus sieben Signalkomponenten d1, d2, d3, d4, d5, d6 und d7 zusammengesetzt ist. Die sieben Signalkomponenten stellen eine Richtungssignaldarstellung des hergestellten Klangs dar, und das hergestellte Signal enthält sowohl den direkten Klang als auch den anfänglichen Nachhallklang.
Eine mögliche Anordung impliziert eine Fünfkanalaufbereitung eines 10-direktionalen Signals, wobei die Richtungen des Eingangssignalformats 0, +/– 15, +/– 30, +/– 70, +/– 110 und 180 Grad sind, und die beabsichtigten Stellungen der fünf entsprechenden Lautsprecher sind 0, +/– 30 und +/– 110 Grad gemäß ITU 775.
Es ist offensichtlich, daß unterschiedliche andere Richtungen und Stellen anwendbar sind. Eine bevorzugte Anordnung kann mehr als 20 Richtungen umfassen.
Demgemäß kann sich jeder der Eingänge S 1, S2, S3 und S4 auf zueinander verschiedene Stellen der Eingangsquelle beziehen, für die das Early-Reflexionsmuster erzeugt wird.
Die Signale von jeder Quelle werden nacheinander in der Addiereinheit 29 addiert. Das Addieren wird als einfaches Zusammenzählen jeder Signalkomponente ausgeführt, d.h. d1:=d1(S1)+ d1(S2)+ d1(S3)+ d1(S4), d2:d=2(S1)+ d2(S2)+ d2(S3)+ d2(S4), d3:=d3(S1)+ d3(S1)+ d3(S2)+ d3(S3)+ d3(S4), d4:=d4(S1)+ d4(S2)+ d4(S3)+ d4(S4), d5:=d5(S1)+ d5(S2)+ d5(S3)+ d5(S4), d6:=d6(S1)+ d6(S2)+ d6(S3)+ d6(S4) und d7:=d7(S1)+ d7(S2)+ d7(S3)+ d7(S4).
Es sei erwähnt, daß die Signale d1,...,d7, obwohl dies unerwünscht ist, End- bzw. Schwanz-Tonkomponenten oder sogar den ganzen End-Ton umfassen können. Es sei trotzdem betont, daß ein solcher End-Ton vorzugsweise gemäß einem relativ einfachen Schwenkalgorithmus erzeugt und anschließend dem aufgebauten summierten Anfangs-Tonsignal hinzuaddiert werden kann, da der aufgebaute summierte Anfangs-Ton die dominierenden Raumbestimmungswirkungen umfaßt.
Außerdem sei betont, daß ein separates Abstimmen des resultierenden End-Tonsignals viel einfacher ist, wenn es separat aus dem individuellen Abstimmen der verschiedenen Quellengeneratoren hergestellt wird.
Unter Bezugnahme nunmehr auf Modul 20B stellt 3b die Grundfunktion der Richtungsaufbereitungseinheif 201 dar.
Gemäß der gezeigten Anordnung werden die sieben Richtungssignalausgänge aus Modul 20A in einer gewählten Mehrkanaldarstellung abgebildet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform werden die sieben Richtungssignale auf einen P=5-Kanalausgang umgesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Realisierung ist die An der Mehrfachkanaldarstellung ein auswählbarer Parameter, und zwar sowohl im Hinblick auf die Anzahl der verwendeten Kanäle als auch die An des Lautsprecheraufbaus als auch die individuellen Lautsprechereigenschaften.
Die Umwandlung in eine gegebene gewünschte P-Kanaldarstellung kann in mehreren verschiedenen Arten wie unter Einsatz von HRTF Basis (Kopf-bezogene Übertragungsfunktion = head related transfer function), einer Technik, die als Abisonics bezeichnet wird, VBAP (Vector-basierter Amplitudenschwenk = vector based amplitude panning) oder auf reiner Erfahrung beruhendem subjektivem Abbilden durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 3c ist nunmehr Modul 20C als einen Eingang von jedem der Quelleneingänge S1, S2, S2 und S4 aufweisend dargestellt. Die Signale werden einer Nachhallzuführmatrix 202 mit fünf Ausgängen entsprechend der gewählten Kanalanzahl der Richtungsaufbereitungseinheit 201 zugeführt: Die fünf Kanalausgänge werden einer Nachhalleinheit 203 zugeführt, die für einen Fünfkanalausgang nachfolgender Nachhallsignale sorgt.
Die Nachhallzuführmatrix 202 umfaßt relativ einfache Signal-Vor-Bearbeitungsmittel (nicht gezeigt), die den Durchsatz, die Verzögerung und die Phase des Beitrags jedes Eingangs auf jedes Nachhallsignal einstellen, und sie können ebenfalls Filter-Vor-Bearbeitungsmittel umfassen.
Anschließend erzeugt die Nachhalleinheit 203 das gewünschte diffuse End-Tonsignal mittels fünf offener Schwingkreise (nicht gezeigt) und gibt das resultierende Tonsignal, das zu dem bereits erstellten, Raum-bearbeiteten Anfangs-Tonsignal addiert werden soll, aus. Gemäß der dargestellten bevorzugten Anordnung werden die End-Tonerzeugungsmittel, und zwar unter Einsatz fast keiner Raum-Bearbeitung wegen der Tatsache, daß ein Raum-Bearbeiten des End-Tonsignals gemäß der diffusen Natur des Signals wenig oder gar keine Wirkung hat, addiert. Folglich kann die Komplexität des Gesamtalgorithmus verringert werden, wenn man den End-Ton separat addiert und das Abstimmen viel leichter macht.
Obendrein sei erwähnt, daß die vorstehend erwähnte separate Erzeugung des End-Tons für einen natürlichereren diffusen End-Ton aufgrund der Tatsache sorgt, daß der ausgeprägte Kammfiltereffekt des Early-Mustergenerators vorzugsweise nur auf das anfängliche Muster angewendet werden sollte, um für Natürlichkeit zu sorgen.
Es sei bemerkt, daß die obige Erzeugung aufeinanderfolgender Nachhallsignale gemäß der vorliegenden bevorzugten Anordnung unabhängig von der Anfangs-Tonerzeugung durchgeführt wird. Trotzdem sei betont, daß die Erfindung in keiner Weise auf eine enge Auslegung der grundlegenden Erzeugung eines Nachhalltones beschränkt ist. So können innerhalb des Umfangs der Erfindung sowohl der Anfangs-Ton als auch der End-Ton jedes Tones/Klangs natürlich in einem künstlichen Raum vorgesehen und nacheinander in einer Addiereinheit addiert werden.
Nunmehr ist unter Bezugnahme auf 4a im Detail ein Early-Refexionsmustergenerator wie 26 der 2 dargestellt. Der Early-Reflexionsmustergenerator ist einer von vieren gemäß der oben beschriebenen beipielhaften Ausführungsform der 2, und jeder Generator umfaßt einen zweckgebundenen Quelleneingang S1, S2, S3 und S4.
Der gezeigte Early-Reflexionsmustergenerator 26 umfaßt einen Quelleneingang S1.
Gemäß der gezeigten Anordnung ist der Quelleneingang mit einer Matrix von Signalbearbeitungsmitteln verbunden. Die gezeigte Matrix umfaßt grundlegend drei Zeilen/Reihen Signalbearbeitungsleitungen, die durch gemeinsam genutzte Diffusoren 41, 42 bearbeitet werden.
Demgemäß wird die obere Zeile direkt vom Eingang S1 gespeist, die zweite Zeile wird durch den Diffusor 41 und die dritte Zeile wird durch beide Diffusoren 41 und 42 gespeist.
Jede Zeile des Signalbearbeitungsschaltkreises umfaßt Farbfilter 411, 412, 413; 421, 422, 423; 431, 432, 433. Gemäß der gezeigten Ausführungsform sind Farbfilter gleicher Spalten identisch, d.h. Farbfilter 411=421=431.
Es sei trotzdem betont, daß die Farbfilter natürlich innerhalb des Umfangs der Erfindung differieren können.
Obendrein umfaßt jede Zeile Verzögerungsleitungen 4111, 4121 und 4131, die seriell mit den Farbfiltern 411, 412, 413 geschaltet sind. Schließlich kann jede Spalte über Pegel- und Phasensteuerungen wie 4000, 4001 und 4002 angezapft/abgegriffen werden. Es sei bemerkt, daß jede Pegel-Phasensteuerung 4000, 4001 und 4002 abgriffsspezifisch ist.
Daher umfaßt der Anfangsmustergenerator 26 eine Matrix, die mehrere Sätze vorbestimmter Voreinstellungen umfassen kann, durch die ein bestimmter gewünschter Raum emuliert werden kann.
Wie bereits erwähnt und gemäß der vereinfachten Anordnung werden Signale der laufenden vorbestimmten Raumemulation für die Richtungssignaldarstellung der gegenwärtigen Tonquelle S1 abgegriffen. Gemäß der dargestellten Programmierung werden vier Signalleitungen für sieben Richtungssignalkomponenten angezapft. Ein Signal, N13 von Zeile 1, Spalte 3, wird der Tonkomponente 1 zugeführt, ein Signal, N21, wird der Signalkomponente 3 zugeführt, und zwei Signale, N11 und N22, werden zur Tonkomponente 4 addiert.
Es sei bemerkt, daß jedes abgegriffene Signal folglich durch eine der drei Kombinationen an Diffusoren, einen von drei Arten vorbestimmter Farbfilter EQ, eine frei gewählte Länge der Verzögerungsleitung und einen frei gewählten Pegel- und Phasenausgang verarbeitet worden ist.
Es ist augenscheinlich, daß mehrere weitere Kombinationen und Anzahlen von Bearbeitungselementen innerhalb des Rahmens der Erfindung angewendet werden können.
Gemäß einer der bevorzugten Realisierungen soll eine separate Zeile mit einer Pegel-Phasensteuerung 4002 angezapft werden und den direkten Tonschall/Klang bestimmen. Wenn man den direkten Ton in die Early-Mustererzeugung integriert, so können die Stelle sowohl des direkten Tones als auch des entsprechenden EPG wie auch der Nachhall-Tonsignale in der Tonsignaldarstellung völlig ähnlich der gewünschten Direktionalität unbeeinflußt von Richtungsauflösung und Komplexität abgebildet werden.
Offensichtlich umfassen die Richtungssignaldarstellungskomponenten üblicherweise Signale, die jeder Komponente 1–7 und nicht nur den dargestellten drei zugeführt sind.
Es sei bemerkt, daß die gewählte Topologie des Early-Reflexionsmustergenerators innerhalb des Umfangs der Erfindung aus einem Satz von mehr oder weniger gleichwertigen Topologien ausgewählt werden kann. Außerdem können die Signalmodifizierungskomponenten variiert werden, wenn z.B. ein bestimmter Grad an End-Ton vor oder nach dem Abgreifen addiert wird.
Da der dargestellte Early-Mustergenerator lineare Systeme umfaßt, ist es möglich, Komponenten auszutauschen, z.B. können die Farbfilter EQ mit den Diffusoren DIF ausgetauscht werden.
4b stellt eine weitere mögliche Verwirklichung des Early-Reflexionsmustergenerators umfassend Farbfilter EQ dar, die in der Speiseleitung an jede Zeile plaziert sind, und Diffusoren DIF, die in jeder Spalte in jede Zeile plaziert sind.
In gleicher Weise kann die Anzahl von Spalten und Zeilen abhängig von den Erfordernissen des Systems variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform wird nur eine Spalte Verzögerungsleitungen mit entsprechenden Farbfiltern oder Diffusoren verwendet.
Außerdem können zusätzliche Komponenten, zusätzliche Diffusoren, zusätzliche verschiedene Arten an Farbfiltern etc. gewählt werden.
Schließlich sei erwähnt, daß gemäß einer bevorzugten Verwirklichung die Zahl der Richtungen, d.h. der Signalkomponenten, nicht geringer als zwölf sein sollte und daß die erzeugten Reflexionen jedes Early-Reflexionsmustergenerators nicht weniger als 25 betragen sollten.
Die grundlegende Voreinstellung jedes Early-Reflexionsmustergenerators kann anfänglich durch bekannte, im Handel verfügbare Strahlenverfolgungs- oder Raumspiegelungswerkzeuge wie ODEON bestimmt werden.

Claims

Signalbearbeitungseinheit umfassend eine Mehrzahl Eingänge (S1, S2, S3, S4), wobei eine Mehrzahl der Eingänge (S1, S2, S3, S4) jeweils mit wenigstens einem Early-Reflexionsmuster-Generator (26, 27, 28) verbunden ist, eine Mehrzahl der wenigstens einen umfassenden Early-Reflexionsmuster-Generatoren (26, 27, 28) eine vorbestimmte Early-Reflexionsmuster-Generation bestimmt, jeder der Early-Reflexionsmuster-Generatoren (26, 27, 28) einen Ausgang, mit N Richtungskomponenten d1, d2, d3, d4,..., erzeugt, jede der Richtungskomponenten der Ausgänge addiert wird, um wenigstens ein Signal mit N Richtungskomponenten Σd1, Σd2, Σd3, Σd4,...,ΣdN zu bilden, worin Σdi(i=1...N) die Summe der Signalkomponenten in einer der N Richtungen ist, wobei das Summensignal das resultierende Audiosignal repräsentiert.
Signalbearbeitungseinheit nach Anspruch 1, die weiterhin eine Richtungsaufbereitungsseinheit (201) mit einem Eingang für Signale mit N Richtungskomponenten umfaßt, wobei die Richtungsaufbereitungseinheit (201) P Kanalausgang-Signale an einem Ausgang der Erteilungseinheit (201) entsprechend Eingangssignalen mit N Richtungskomponenten erzeugt.
Signalbearbeitungseinheit nach Anspruch 2, bei der die P Kanalausgang-Signale in solcher Weise erzeugt werden, daß sie einer P-Kanal-trans- oder binauralen Darstellung des N Richtungseingangssignals entsprechen.
Signalbearbeitungseinheit nach Anspruch 2, bei der die P Kanalausgang-Signale in solcher Weise erzeugt werden, daß sie einer auf Erfahrung basierenden P Kanal-Darstellung des N Richtungseingangssignals entsprechen.
Signalbearbeitungseinheit nach Ansprüchen 1 bis 4, die weiterhin einen Schaltkreis (202, 203) mit S Eingängen und P Ausgängen umfaßt, wobei die S Eingänge einzelne Eingangskanäle für S Eingangsquellen sind, die P Kanalausgänge ein P Kanal-Spätnachhallsignal umfassen, die Signalbearbeitungseinheit weiter eine Summiereinheit (204) umfaßt, die Summiereinheit (204) das Spätnachhallsignal zu den erzeugten P Kanal-Ausgangssignalen der Richtungsaufbereitungseinheit (201) addiert.
Verfahren zum Bearbeiten von Audiosignalen umfassend eine Mehrzahl von M Quelleneingängen, wobei jeder Quelleneingang als ein Early-Reflexionsmuster-Signal dargestellt wird, das eine Mehrzahl N Richtungskomponenten d1, d2, d3, d4,..., dN aufweist, wobei die Quelleneingänge addiert werden, um ein Summensignal mit N Richtungskomponenten Σd1, Σd2, Σd3, Σd4,...,ΣdN zu bilden, worin Σdi(i=1...N) die Summe der Signalkomponenten in einer der N Richtungen ist und das Summensignal das resultierende Audiosignal darstellt.