EP3090575A2 - Verfahren zur audiowiedergabe in einem mehrkanaltonsystem - Google Patents

Verfahren zur audiowiedergabe in einem mehrkanaltonsystem

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EP3090575A2
EP3090575A2 EP14851410.2A EP14851410A EP3090575A2 EP 3090575 A2 EP3090575 A2 EP 3090575A2 EP 14851410 A EP14851410 A EP 14851410A EP 3090575 A2 EP3090575 A2 EP 3090575A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for audio reproduction in a multi-channel sound system with two input signals L and R, in which output signals for different listening levels are generated.
  • CONFIRMATION COPY Complex speaker configuration and thus a corresponding increased number of output signals is required to generate the desired three-dimensional sound space.
  • a loudspeaker configuration in a 9.1 three-dimensional sound system which is suitable for a home theater, for example, consists of ten loudspeakers, which in turn requires a corresponding number of output signals for the lower and upper listening levels.
  • the invention provides that only a lower hearing level and only one upper hearing level are generated, wherein a maximum of six output signals are generated with a maximum of two output signals for the lower listening level and ma- ximal four output signals for the upper listening level.
  • the core idea of the invention is to provide a method which, while generating a minimum number of output signals, can reflect a three-dimensional audio reproduction and at the same time covers both the mono and the stereo region.
  • the invention also provides software residing on a signal processor, i. ported on the signal processor.
  • the software contains an algorithm which is processed by the signal processor, the algorithm detecting the method.
  • FIG. 12 shows a device into which a method according to the invention according to the embodiment in FIG. 11 is integrated.
  • FIG. 1 shows a conventional three-dimensional audio reproduction in a larger space 2 occupied by a listener 3 in the context of a 9.1 surround sound format.
  • a plurality of loudspeakers of a loudspeaker arrangement 5 are distributed, the lower and higher listening levels 4a, 4b, 5a, 5b are assigned.
  • the upper listening level 4a with two loudspeakers with the left higher signal LHI and the right one higher signal Rm than output signals.
  • the lower listening level 5a having four loudspeakers with the left signal L, the channel C (center), the right channel R and the channel LFE (Low Frequency Effect) as output signals.
  • the upper listening level 4b with two speakers with the left higher surround signal SL.W and the right higher surround signal Saw as output signals.
  • the lower listening level 5b with two speakers with the two surround signals SL, SR as output signals.
  • the signals in the lower and upper listening levels 4a, 4b, 5a, 5b are distributed to the loudspeakers, they have been processed in the context of a multi-channel sound system and on the basis of the input signals R and L by an audio processor provided for this purpose.
  • Fig. 2 shows the inventive method, starting from the two input channels R and L via linear and parallel channels guided 8.9 the output signals R and L in the lower listening plane 7 and in the upper listening plane 6, the left output signal ü-n and generated right output signal RHI, so that four output signals, two for the upper and two for the lower Hörrebene generated.
  • the method is a signal processor in the form of an audio processor, on which there is a software.
  • the software contains an algorithm which is processed by the signal processor, the algorithm detecting the method.
  • Three channels are first decoded from the two input signals L and R and formed parallel to the channels 8, 9 which are guided linearly to the output. This produces the upper listening plane 6, while the channels 8, 9 which are guided linearly to the output form the lower listening plane 7.
  • the channels RL and RR map the premises and rejections within the input signals L, R, whereas the channel C (center channel) maps the addition of both input channels L, R. This makes it possible to further process the input signals L, R, if it is a mono signal. If a mono signal is present at the input, the channels RL and RR remain silent and the channel C carries on the signal information and thus makes further signal processing possible.
  • the channel RR is fed to the signal detector 10. This outputs the control signal "1" when the signal strength of RR drops below the selected threshold level and the control signal "0" when the level of the channel RR exceeds the selected one
  • Threshold level increases.
  • the threshold level is -20dB and the response time (trigger) is zero seconds.
  • the control signals of the signal detector 10 are multiplied by the signal multiplier 1 1 with the signal of the center channel. If there is no detected signal in the channel RR, so that no stereo signal in the channels RL and RR above or equal to the signal strength determined by the threshold level is present and the signal detector 10 generates the control signal "1", the channel C is multiplied by "1" and fed to further processing. If a detected signal is present in the channel RR, so that a stereo signal in the channels RL and RR is above or equal to the signal strength determined by the threshold level and the signal detector 10 generates the control signal "0", the channel C is set to "0". multiplied and not released for further processing, since the signal is equal to zero, so that it is unequivocally detected whether a stereo signal is present.
  • a phase correction is performed to convert the signal from the channels RL and RR in a phase-pure stereo signal. This is achieved by using a delay 12 in the channel RR.
  • the channel RR is delayed to the channel RL so that the phases of both channels in a non-phase-rotated audio signal in stereo to each other.
  • the delay time is 140 samples with a clock rate of 48khz and 16bit.
  • the C channel is also readjusted in phase by a delay 3, which is applied to the channel CR, after the channel C (L + R) after the Signal multiplier 1 1 has been split into the channels CL and CR and so has been continued in dual-mono channels.
  • the channel C is a pure mono channel and can be converted by the splitting into the two duo mono channels CL and CR and the delay of the channel CR to CL by a delay in a stereo signal with a phase correlation above 0.
  • the encoding as a further method step sums the stereo signal of the channels RL, RR with the stereo signal of the channels CL, CR to the channels Lt, Rt in such a way that the channels RL and CL form the channel Lt and the channels CR and RR form the channel Rt ,
  • the summation is accompanied by a level adjustment at the level controls 15, 16, 17, 18, since the levels of the newly formed channels Lt, Rt increase by the described summation of the channels RL, RR with CL, CR.
  • the level adjustment lowers the levels RL, RR, CL, CR accordingly, so that it can not come to override by their summation.
  • the signals Lt, Rt are further adjusted as shown in FIG. 2 in the context of the master section to their later use in its frequency responses via the equalizers 19, 20
  • the Lt, Rt signals appear farther from the original sound source, and the effect of the sound emission can be mimicked by a frequency response, the further away it is from the original one Sound source to the top, the more, for example, the upper frequencies can be lowered by a low-pass filter. It is also possible by the frequency adjustment to tune the sound result optimally to the speaker or speakers, which emits the output signals Un, RHI later.
  • a compression stage is inserted into the master section as shown in Fig. 2.
  • the adjustment of the compressor 22 or a limiter ensures in that the signal is smoothed such that the sound peaks can be intercepted and the quieter parts of the audio signal Lt.Hi, Rt.Hi can be raised, which enhances the auditory impression of the diffused and distant sound, since sound peaks preferably occur and decrease near a sound source the further the receiving microphone is moved upwardly therefrom, and the compression of the ratio allows the dynamics of the L, R channels in the lower listening plane 7 to be adjusted.
  • Another method step provides the level adjustment of the channels Lt.Hi, Rt.Hi at the level controls 23, 24 by adjusting the output level in relation to channels of the lower listening plane 7, so that the impression of Listening can be perfectly matched to the respective listening situation.
  • Delay time 140 samples at 48khz, 16bit clocking
  • Delay time 10 samples at clock rate 48khz, 16bit
  • the levels are adjusted so that the encoded summation of channels RL, RR, CL, CR has the same level (dB) as that of RL. RR before the summation
  • the level adjustment is individually adjustable to the device / environment in which the method is to be used
  • FIGS. 3 to 8 show audio-video devices (AV devices), in which the inventive method is integrated.
  • the AV devices each have a signal processor, not shown in FIGS. 3 to 8, on which software is located.
  • the software contains an algorithm that is processed by the signal processor in the form of an audio processor, wherein the algorithm detects the inventive method.
  • the AV devices shown in FIGS. 3 to 7 have in common that in addition to audio input and audio output channels, they also have image input and output channels.
  • AV devices such as a television set (TV) and a flatscreen 28 shown in FIGS. 3a, 3b do not have, as before, only one or two loudspeakers for emitting monaural or stereo sound, but three loudspeakers 26, 27 for the monoklang (Fig. 3b) and four speakers 26, 27th for the stereo sound (Fig. 3a), since the upper listening plane has been added.
  • the upper listening plane is to a certain extent extracted from the lower listening plane by the encoding described in FIG. 2, which is indicated in FIGS. 3 to 8 by the dashed arrows.
  • the loudspeakers 26, 27 are conventionally installed according to individual equipment requirements and mounted so as to allow a self-tuned listening field. It is also possible, for example, to let the loudspeakers of the upper listening plane radiate upwards in order to make the listening field to become even more diffuse upwards.
  • FIG. Fig. 8a, 8b Further application examples are a mobile PC 25 (FIGS. 4a, 4b), a tablet PC 29 (FIGS. 5a, 5b) and a smartphone 31 (FIGS. 7a, 7b) both in vertical use and horizontal use, and a radio 32 (FIG. Fig. 8a, 8b).
  • a sound bar 33 is not, as shown in Fig. 6a, 6b, used only to reproduce the overall sound of an AV device, such as a television, but according to the invention also for the blasting of the extracted upper listening plane.
  • a sound bar with individual outputs according to the invention for the upper listening level the otherwise no longer active loudspeakers of the TV set with the new signals of the upper listening level while operating a sound bar and thus can operate the TV more economically.
  • a stereo signal is also generated within the scope of the invention, it can in turn be combined in the AV devices with matrix surround decoders in order to also subject the sound of the upper listening plane to a surround decoding. This makes it possible to extract an entire upper listening plane forward and backward.
  • FIG. 9 The principle according to the invention of the modularly expandable smallest unit of a signal generation, which leads to complex loudspeaker configurations, is also illustrated by FIG. 9.
  • the left output signal LHI and the right output signal RH * ZU are then added to a mono signal LHI + RHI and supplied to a first loudspeaker 35.
  • the output signals R and L in the lower listening plane 7 are routed as channels Li and Ri directly to the speakers 36, 37 of the soundbar 40.
  • the output signals R and L serve as input signals R and L in order to generate a lower hearing level 7 and an upper hearing level 6 again in the context of the method according to the invention, which in turn takes place by means of the algorithm in the signal processor 34 on which the software is located.
  • the software contains an algorithm, which is processed by the signal processor.
  • the output signals R and L in the lower listening plane 7 and in the upper listening plane 6 generates the left output signal LHI and the right output signal RHI, so again four output signals, two for the upper listening level . 6 ie LHI and RHI, and two for the lower listening plane 7, ie L and R, are generated. Thereafter, the signals LHI and RHI are added to the signals R and L in the lower listening plane 7, ie LHI is mixed with the signal L and added with the signal R. The added or mixed signals are thereby supplied to two further speakers 38, 39 of the soundbar 40 in the lower listening level.
  • the soundbar 40 thus has a total of five output channels, namely four output signals R, L, LHI + L, + R in the lower listening level 7 and an output LHI + RH in the upper listening level 6, where all output channels can also be further processed by level control, equalizer, compressor, etc.
  • the variant of a modularly expandable smallest unit shown in FIG. 9 can be supplemented by a bass box (subwoofer) 41 in a soundbar, as illustrated in FIG.
  • a bass box (subwoofer) 41 in a soundbar as illustrated in FIG. 10
  • the output signals R and L in the lower listening plane in the signal sequence before their new splitting are sent through a low-pass filter 42 and simultaneously processed as R and L signals in the signal processor 34.
  • FIG. 11 A further variant of the principle according to the invention of the modularly expandable smallest unit of a signal generation, which leads to complex loudspeaker configurations, is also illustrated in FIG. 11.
  • the signal processor 34 is used for the generation, specifically in the form of an audio processor, on which there is a software containing the algorithm.
  • the embodiment of the method according to the invention shown in FIG. 11 differs from that described in FIG.
  • the further channel LFE is led directly to a separate output and fed there as an output channel LFE another speaker, this output channel, as well as all other output channels, also by level control, equalizer, compressor, etc. can be processed.
  • the speaker configuration of an audio device corresponding to the embodiment described in FIG. 11 is illustrated in FIG. 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem mit zwei Eingangssignalen (L und R), bei dem Ausgangssignale für verschiedene Hörebenen erzeugt werden. Um das Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass die Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem einen größeren Anwendungsbereich erhält, schlägt die Erfindung vor, dass nur eine untere Hörebene (7) und nur eine obere Hörebene (6) erzeugt werden, wobei maximal sechs Ausgangssignale generiert werden mit maximal zwei Ausgangssignalen für die untere Hörebene (7) und maximal vier Ausgangssignalen für die obere Hörebene (6).

Description

Verfahren zur Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem mit zwei Eingangssignalen L und R, bei dem Ausgangssignale für verschiedene Hörebenen erzeugt werden.
Verfahren der eingangs genannten Art sind dem Fachmann bekannt und stellen eine Weiterentwicklung eines herkömmlichen Surround-Sound (engl, für umgebenden Klang) dar, einer Audiowiedergabe, die sich nur auf Ohrenhöhe, d.h. auf der unteren Hörebene abspielt.
Bei der dreidimensionalen Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem wird der unteren Hörebene noch eine höhere Hörebene hinzugefügt. Hierin liegt auch der maßgebliche Vorteil der Verfahren der eingangs genannten Art, da das menschliche Ohr nach oben gestaffelte Klänge deutlich wahrnehmen und differenzieren kann, so dass der Hörer durch dreidimensionale Lautsprecheranordnungen in den Genuss eines erweiterten Klangerlebnisses kommt. Verfahren der eingangs genannten Art sind hauptsächlich für Tonsignale in großen Räumen, wie beispielsweise in Kinosälen, entwickelt worden.
Im Stand der Technik werden unterschiedliche Auffassungen vertreten, welche Lautsprecherkonfigurationen oder Art der Erzeugung des dreidimensionalen Klangs, ob kanal- oder objektbasiert, zu einem optimalen Klangerlebnis führen, wobei entweder die mehrkanalige Aufnahme und Reproduktion eines dreidimensionalen Klangraumes, wie in der WO 01/47319 A2 beschrieben, oder der von verschiedenen Anbietern angebotene Upmix von variablen Eingangskanälen zu einem dreidimensionalen Klangraum im Vordergrund der Betrachtungen stehen. Die dreidimensionalen Audiosysteme von Dolby Laboratories beispielsweise weisen bis zu 64 Lautsprecher (z.B. Dolby Atmos) auf, was wiederum eine entsprechende Anzahl von Ausgangsignalen erfordert
Allen Verfahren der eingangs genannten Art ist es gemeinsam, dass eine
BESTÄTIGUNGSKOPIE komplexe Lautsprecherkonfiguration und somit eine entsprechende erhöhte Anzahl von Ausgangssignalen erforderlich ist, um den gewünschten dreidimensionalen Klangraum zu generieren.
Selbst eine Lautsprecherkonfiguration in einem 9.1 dreidimensionalen Soundsystem, das sich beispielsweise für ein Heimkino eignet, besteht aus zehn Lautsprechern, was wiederum eine entsprechende Anzahl von Ausgangsignalen für die untere und obere Hörebene erfordert.
Nach heutigem Stand der Technik ist es den an AV-Geräten (Audiovideo- Geräten) gewöhnten Konsumenten jedoch nur schwer möglich, in den Genuss der Vorteile der dreidimensionalen Audiowiedergabe zu kommen, da es nur Wenigen vorbehalten bleibt, die kostspieligen Anlagen mit einer dreidimensionalen Audiowiedergabe zu erwerben und nur eine begrenzte Anzahl von Konsumenten die geeigneten Räumlichkeiten besitzen, in denen es möglich ist, eine erhöhte Anzahl von Lautsprechern samt Verkabelung zu realisieren. Die Realität ist daher, dass zwar Kinos, Musikstudios oder auch ausgesuchte Konzertsäle über die Technik der dreidimensionalen Audiowiedergabe verfügen, sie aber nicht Einzug in den Alltag derer hält, die einfach und unkompliziert z.B. am Arbeitsplatz oder im Wohnzimmer oder auf Reisen mit wenig Handgriffen und vergleichsweise geringem Etat in den Vorteil der dreidimensionalen Audiowiedergabe kommen möchten.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese Nachteile beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, dass nur eine untere Hörebene und nur eine obere Hörebene erzeugt werden, wobei maximal sechs Ausgangssignale generiert werden mit maximal zwei Ausgangssignalen für die untere Hörebene und ma- ximal vier Ausgangssignalen für die obere Hörebene.
Kernidee der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches unter Generierung einer kleinstmöglichen Anzahl von Ausgangssignalen eine dreidimensionale Audiowiedergabe widerspiegeln kann und gleichzeitig sowohl den Mono- als auch den Stereobereich abdeckt.
Hierdurch entsteht eine kleinste Einheit, die vorzugsweise modulartig erweitert werden kann, indem die Ausgangsignale als weitere Eingangssignale dienen, um weiter untere und obere Hörebenen und somit eine noch komplexere Lautsprecherkonfiguration zu erzeugen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die hierzu korrespondierende Software ist es möglich, beispielsweise in heimischen Fernsehern oder Laptops durch Hinzufügen von zwei kleinen Lautsprechern die erhöhte Klangebene zu realisieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass aus den für die Eingangssignale R und L vorgesehenen Eingangskanälen Kanäle decodiert werden. Bei diesen Kanälen handelt es sich vorzugsweise um einen linken Raumkanal RL=L-R, einen rechten Raumkanal RR=R-L sowie einen Centerkanal C=L+R. Zweckmäßigerweise werden zu diesen decodierten Kanälen aus den Eingangskanälen linear und parallel geführte Kanäle R und L generiert, die vorzugsweise als Ausgangskanäle für die untere Hörebene dienen. Praktikable Varianten der Erfindung sehen vor, dass für die Signale in der unteren und oberen Hörebene Stereosignale bzw. Monosignale erzeugt werden.
Ein Gerät mit Toneingangs- und Tonausgangskanälen sowie mit einem Prozessor, wobei dem Prozessor Lautsprecher zugeordnet sind, ist Gegenstand von Anspruch 10, wobei auf dem Prozessor eine Software portiert ist, die einen Algorithmus enthält, der von dem Prozessor abgearbeitet wird, wobei der Algo- rithmus das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erfasst.
Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Software vorgesehen, die sich auf einem Signalprozessor befindet, d.h. auf dem Signalprozessor portiert ist. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren erfasst.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Lautsprecheranordnung eines 3D-Sound-Formats mit unterschiedlichen Hörebenen gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Verfahren gemäß der Erfindung,
Fig. 3 bis 8 verschiedene Ausführungsformen von Audio-Video-Geräten, in die ein Verfahren aus Fig. 2 integriert ist,
Fig. 9 bis 1 1 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Fig.12 ein Gerät, in das ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß der Ausführungsform in Figur 1 1 integriert ist.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche dreidimensionale Audiowiedergabe in einem mit einem Hörer 3 besetzten größeren Raum 2 im Rahmen eines 9.1 Surround-Sound-Formats. In dem Raum 2 sind mehrere Lautsprecher einer Lautsprecheranordnung 5 verteilt, den untere sowie höhere Hörebenen 4a, 4b, 5a, 5b zugeordnet sind.
Im vorderen Bereich des Raums 2 befinden sich die obere Hörebene 4a mit zwei Lautsprechern mit dem linken höheren Signal LHI und dem rechten höheren Signal Rm als Ausgangssignale. Weiterhin befindet sich in dem vorderen Bereich des Raums 2 die untere Hörebene 5a mit vier Lautsprechern mit dem linken Signal L, dem Kanal C (Center/Mitte), dem rechten Kanal R und dem Kanal LFE (Low Frequency Effect) als Ausgangssignale. Im hinteren Bereich des Raums 2 befinden sich die obere Hörebene 4b mit zwei Lautsprechern mit dem linken höheren Surroundsignal SL.W und dem rechten höheren Surroundsignal Saw als Ausgangssignale. Weiterhin befindet sich in dem vorderen Bereich des Raums 2 die untere Hörebene 5b mit zwei Lautsprechern mit den beiden Surroundsignalen SL, SR als Ausgangssignale.
Bevor die Signale in den unteren und oberen Hörebenen 4a, 4b, 5a, 5b auf die Lautsprecher verteilt werden, sind sie im Rahmen eines Mehrkanalton- systems und ausgehend von den Eingangssignalen R und L von einem hierfür vorgesehenen Audioprozessor bearbeitet worden.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, das ausgehend von den beiden Eingangskanälen R und L über linear und parallel geführte Kanäle 8,9 die Ausgangssignale R und L in der unteren Hörebene 7 und in der oberen Hörebene 6 das linke Ausgangssignal ü-n und das rechte Ausgangsignal RHI generiert, sodass vier Ausgangssignale, zwei für die obere und zwei für die untere Hörebene, erzeugt werden. Für die Durchführung des Verfahrens dient ein Signalprozessor in Form eines Audioprozessors, auf dem sich eine Software befindet. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren erfasst.
In der oberen Hörebene 6 werden, wie Fig. 2 weiter zeigt, ausgehend von den beiden Eingangssignale L und R weitere Verfahrensschritte durchlaufen.
Im Einzelnen handelt es sich bei den Verfahrensabschnitten um
- eine Decodierung ,
- eine Signalsteuerung, - eine Phasenkorrektur,
- eine Frequenzjustierung,
- eine Encodierung,
- eine Master-Sektion.
Aus den beiden Eingangssignalen L und R werden zunächst drei Kanäle decodiert und parallel neben den linear zum Ausgang geführten Kanälen 8,9 gebildet. Hierdurch entsteht die obere Hörebene 6, während die linear zum Ausgang geführten Kanäle 8,9 die untere Hörebene 7 bilden.
Bei den decodierten Kanälen handelt es sich um den linken Raumkanal RL = L-R, den rechten Raumkanal RR =R-L sowie den Centerkanal L+R
Die Kanäle RL und RR bilden die Räumlichkeiten und Rejektionen innerhalb der Eingangssignale L, R ab, wohingegen der Kanal C (Centerkanal) die Addition beider Eingangskanäle L, R abbildet. Hierdurch ist es möglich, die Eingangssignale L, R weiter zu bearbeiten, wenn es sich um ein Monosignal handelt. Liegt am Eingang ein Monosignal an, bleiben die Kanäle RL und RR stumm und der Kanal C führt die Signalinformation weiter und macht so die weitere Signalverarbeitung möglich.
Nach diesem Schritt der Encodierung wird der Kanal RR in den Signaldetektor 10 geführt. Dieser gibt das Steuersignal„1 " heraus, wenn die Signalstärke von RR unter den gewählten Threshold (Schwellwert)-Pegel sinkt und das Steuersignal„0", wenn der Pegel des Kanals RR über den gewählten
Threshold-Pegel steigt. Der Threshold (Schwellwert)-Pegel beträgt -20dB und die Reaktionszeit (Trigger) null Sekunden.
Die Steuersignale des Signaldetektors 10 werden durch den Signalmultipli- zierer 1 1 mit dem Signal des Centerkanals multipliziert. Liegt kein erkanntes Signal im Kanal RR an, so dass kein Stereosignal in den Kanälen RL und RR über oder gleich der durch den Threshold-Pegel festgelegten Signalstärke vorliegt und der Signaldetektor 10 das Steuersignal„1 " generiert, wird der Kanal C mit„1 " multipliziert und einer weiteren Bearbeitung zugeführt. Liegt ein erkanntes Signal im Kanal RR an, so dass ein Stereosignal in den Kanälen RL und RR über oder gleich der durch den Threshold-Pegel festgelegten Signalstärke vorliegt und der Signaldetektor 10 das Steuersignal„0" generiert, wird der Kanal C mit„0" multipliziert und zur weiteren Bearbeitung nicht freigegeben, da das Signal gleich null ist, so dass zweifelsfrei erkannt wird, ob ein Stereosignal vorhanden ist.
Um eine Phasendrehung der Kanäle RL, RR ZU vermeiden, wird, wie Figur 2 weiter verdeutlicht, in einem nächsten Verfahrensschritt eine Phasenkorrektur vorgenommen, um das Signal aus den Kanälen RL und RR in ein phasenreines Stereosignal zu überführen. Dies wird durch den Einsatz eines Delays 12 in den Kanal RR erreicht. Der Kanal RR wird so zum Kanal RL verzögert, dass sich die Phasen beider Kanäle in ein nicht phasengedrehtes Audiosignal in Stereo zueinander stellen. Die Delay-Zeit beträgt 140 Samples bei einer Taktung von 48khz und 16bit.
Um den späteren Eindruck einer Reflektion für die obere Hörebene 6 zu verstärken, wird auch der C-Kanal in seiner Phase nachjustiert und zwar durch ein Delay 3, welches auf den Kanal CR angewendet wird, nachdem der Kanal C (L+R) nach dem Signalmultiplizierer 1 1 in die Kanäle CL und CR aufgespalten und so in Dual-Mono-Kanälen weitergeführt worden ist. Der Kanal C ein reiner Monokanal und kann durch die Aufspaltung in die beiden Duo- Mono-Kanäle CL und CR und die Verzögerung des Kanals CR zu CL durch ein Delay in ein Stereosignal überführt werden und zwar mit einer Phasenkorrelation über 0. Hierdurch entsteht der Höreindruck einer erhöhten Diffusität des ursprünglichen Signals, welches zum Eindruck der Klangweite des erhöhten Hörens beiträgt, da sich ein Monosignal, welches mit erhöht installierten Mikrophonen aufgenommen wurde, abhängig von der Beschaffenheit des Aufnahmeraumes und der Höhe der angebrachten Mikrophone, ebenfalls nicht linear, sondern diffus und mit Reflektionen behaftet, abbildet. lm Rahmen eines weiteren Verfahrensschrittes erfolgt die Frequenzjustierung des Center-Kanals C mittels des Equalizers 14. Die Frequenzjustierung des Kanals C justiert dessen Frequenz abhängige Abbildung in den späteren Ausgangssignalen LHI, RHI der oberen Hörebene 6 und zwar unabhängig von der späteren Frequenzjustierung des Ausgangssignals. Hierdurch kann der Klangcharakter der Ausgangssignale LHI, RHI optimal auf die in den Fig. 3 bis 8 gezeigten AV-Gerät eingestellt werden, über die diese beiden Kanäle abgestrahlt werden können
Die Encodierung als weiterer Verfahrensschritt summiert das Stereosignal der Kanäle RL, RR mit dem Stereosignal der Kanäle CL, CR zu den Kanälen Lt, Rt in der Weise, dass die Kanäle RL und CL den Kanal Lt und die Kanäle CR und RR den Kanal Rt bilden. Mit der Summierung geht eine Pegeljustierung an den Pegelstellern 15, 16, 17, 18 einher, da sich die Pegel der neu entstandenen Kanäle Lt, Rt durch die beschriebene Summierung der Kanäle RL, RR mit CL, CR erhöhen. Die Pegeljustierung senkt die Pegel RL, RR, CL, CR dementsprechend ab, so dass es durch deren Summierung nicht zu Übersteuerungen kommen kann. Durch die Encodierung liegt nun ein Stereosignal vor, welches durch die nachfolgende Master Sektion veredelt und auch durch handelsübliche Audioabspielkomponenten abgespielt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, zwei unabhängige Stereosignale zu generieren, indem die Kanäle RL, RR und CL, CR nicht encodiert werden, sodass sich in der oberen Hörebene 6 vier Ausgangssignale ergeben.
Um den Höreindruck einer„Klangreflektion nach oben" zu verstärken, werden die Signale Lt, Rt wie aus Fig. 2 weiter hervorgeht, im Rahmen der Master-Sektion individuell auf ihren späteren Einsatz in seinen Frequenzgängen über die Equalizer 19, 20 justiert. Je nach der gewünschten Abstrahlcharakteristik erscheinen die Signale Lt, Rt von der ursprünglichen Klangquelle weiter entfernt. Auch kann hier die Wirkung der Schallemission durch einen Frequenzgang imitiert werden. Je weiter entfernt sie von der ursprünglichen Klangquelle nach oben hin scheinen soll, desto mehr können z.B. die oberen Frequenzen durch einen Low-Pass Filter abgesenkt werden. Auch ist es durch die Frequenzjustierung möglich, das Klangergebnis optimal auf die oder den Lautsprecher abzustimmen, der die Ausgangssignale U-n, RHI später abstrahlt.
Durch den Einsatz eines Halls oder/und eines Stereo-Delays 21 , die dem Signal Lt, Rt beigemischt werden und zwar in einem Verhältnis, welches individuell und nach Einsatzart des Verfahrens justiert wird, wird eine Räumlichkeit, sowie eine Schallverzögerung dargestellt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Ausgangssignale LHI, RHI der oberen Hörebene 6 auch verschiedene Räumlichkeiten und Schallverzögerungen durch den Einsatz von verschiedenen, abspeicherbaren Voreinstellungen (Presets) darstellen können, um das Klangergebnis noch näher an eine echte„Schallreflektion nach oben" anpassen zu können, so wie den individuellen Klangvorstellungen des Herstellers und/oder der Nutzer.
Um das Hörgefühl noch weiter zu verstärken, dass die Ausgangssignale LHI, RHI Klang wiedergeben, der„von unten hochschallt", wird, wie Fig. 2 zeigt, eine Kompressionsstufe in die Master-Sektion eingesetzt. Die Justierung des Kompressors 22 oder eines Begrenzers gewährleistet, dass das Signal derart geglättet wird, dass die Schallspitzen abgefangen und die leiseren Anteile des Audiosignals Lt.Hi, Rt.Hi angehoben werden können. Dies verstärkt den Höreindruck des diffusen und entfernten Klangs, da Schallspitzen vorzugsweise in der Nähe einer Klangquelle auftreten und abnehmen, je weiter das aufnehmende Mikrophon von dort nach oben hin weg bewegt wird. Zudem ist es durch die Kompression möglich, dass Verhältnis der Dynamik zu den Kanälen L, R in der unteren Hörebene 7 zu justieren.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht die Pegeljustierung der Kanäle Lt.Hi, Rt.Hi an den Pegelstellern 23, 24 vor, indem der Ausgangspegel im Verhältnis zu Kanälen der unteren Hörebene 7 justiert wird, so dass der Eindruck des er- höhten Hörens perfekt auf die jeweilige Hörsituation abgestimmt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, das Audiosignal UHI, Rt.Hi den Kanälen L, R wieder hinzuzumischen, um einen erhöhten Klangeindruck auch in Lautsprechersystemen mit nur zwei Lautsprechern oder sogar nur einem darstellen zu können.
Für die einzelnen Verfahrensschritte kommen folgende Parameter in Betracht:
- Phasenkorrektur:
Delay-Zeit: 140 Samples bei Taktung 48khz, 16bit
- Phaseniustierunq C-Kanal:
Delay-Zeit: 10 Samples bei Taktung 48khz, 16bit
- Frequenziustierung C-Kanal:
High Pass Filter: Grenzfrequenz bei 200 Hz, Gain = 0, Q-Faktor= 1.41 Low Pass Filter: Grenzfrequenz bei 3000 Hz, Gain = 0, Q-Faktor= 1 .41
- Encodierunq:
Die Pegel werden so justiert, dass die encodierte Summierung der Kanäle RL, RR, CL, CR den gleichen Pegel hat (dB) wie der von RL. RR vor der Summierung
- Master-Sektion / Frequenziustierung;
HighPass Filter: Grenzfrequenz bei 200 Hz, Gain = 0, Q-Faktor= 1 .41 LowPass Filter: Grenzfrequenz bei 3000 Hz, Gain = 0, Q-Faktor= 1 .41
Master-Sektion / Räumlichkeit / Reflektion: Individuell justierbar, keine idealen Einstellungen, hängt vom Einsatz des Verfahrens ab. Vorteilhaft sind beim Hall kurze Decay, also Abschwillzeiten von 0,51 Sekunden bis 0,67 Sekunden und einem Predelay von 20 Millisekunden
- Master-Sektion / Compression:
Threshold: -10 dB
Ratio: 8:00:1
Attack: 0,46 Millisekunden
Release: 560 Millisekunden
Knee: 80
- Master-Sektion Pegeliustierung (dB):
Die Pegeljustierung ist individuell auf das Gerät/das Umfeld einstellbar, in dem das Verfahren eingesetzt werden soll
Die Figuren 3 bis 8 zeigen Audio-Video-Geräte (AV-Geräte), in die das erfindungsgemäße Verfahren integriert ist. Hierzu weisen die AV-Geräte jeweils einen in den Figuren 3 bis 8 nicht gezeigten Signalprozessor auf, auf dem sich eine Software befindet. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor in Form eines Audioprozessors abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das erfindungsgemäße Verfahren erfasst. Den in den Fig. 3 bis 7 gezeigten AV-Geräten ist es gemeinsam, das sie neben Toneingangsund Tonausgangskanälen auch Bildeingangs- und Bildausgangskanäle aufweisen.
AV-Geräte, wie ein Fernsehgerät (TV) und ein in den Fig. 3a, 3b gezeigter Flatscreen 28 verfügen nicht, wie bisher, nur über einen oder zwei Lautsprecher zum Ausstrahlen von Mono- oder Stereoklang, sondern über drei Lautsprecher 26, 27 für den Monoklang (Fig. 3b) bzw. vier Lautsprecher 26, 27 für den Stereoklang (Fig. 3a), da die obere Hörebene hinzugekommen ist. Die obere Hörebene wird aus der unteren Hörebene gewissermaßen extrahiert und zwar durch die in Fig. 2 beschriebene Encodierung, was in den Fig. 3 bis 8 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Die Lautsprecher 26, 27 werden gemäß individueller Geräteanforderungen in herkömmlicher Weise verbaut und so angebracht, dass sie ein in sich abgestimmtes Hörfeld ermöglichen. Auch ist es z.B. möglich, die Lautsprecher der oberen Hörebene nach oben abstrahlen zu lassen, um das Hörfeld nach oben noch diffuser werden zu lassen.
Weitere Anwendungsbeispiele stellen ein mobiler PC 25 (Fig. 4a, 4b), ein Tablet PC 29 (Fig. 5a, 5b) sowie ein Smartphone 31 (Fig. 7a, 7b) und zwar sowohl in Vertikalnutzung als auch Horizontalnutzung sowie ein Radio 32 (Fig. 8a, 8b) dar.
Auch eine Soundbar 33 wird nicht, wie aus Fig. 6a, 6b hervorgeht, nur zur Wiedergabe des Gesamtklanges eines AV-Gerätes, wie zum Beispiel eines Fernsehers eingesetzt, sondern gemäß der Erfindung auch für das Abstrahlen der extrahierten oberen Hörebene. Hieraus ergeben sich neue Lautsprecherkonstellationen innerhalb dieser Gerätetypen, da z. B. auch eine Soundbar mit erfindungsgemäßen Einzelausgängen für die obere Hörebene, die ansonsten bei Betrieb einer Soundbar nicht mehr aktiv geschalteten Lautsprecher des TV-Gerätes mit den neuen Signalen der oberen Hörebene versorgen und so das TV-Gerät wirtschaftlicher betreiben kann. Da im Rahmen der Erfindung auch ein Stereosignal generiert wird, kann es in den AV- Geräten wiederum mit Matrix-Surround-Decodern kombiniert werden, um auch den Klang der oberen Hörebene einem Surround-Decoding zu unterziehen. Damit ist es möglich, eine gesamte obere Hörebene nach vorne und hinten zu extrahieren.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Beispielsweise können die Kanäle 8, 9 in der unteren Hörebene 7 ebenfalls weiter bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip der modulartig erweiterbaren kleinsten Einheit einer Signalerzeugung, die zu komplexen Lautsprecherkonfigurationen führt, veranschaulicht auch Figur 9.
Ausgehend von den beiden Eingangskanälen R und L werden mittels eines Algorithmus in dem Signalprozessor 34 die Ausgangssignale R und L in der unteren Hörebene 7 und in der oberen Hörebene 6 das linke Ausgangssignal LHI und das rechte Ausgangsignal RHI generiert, sodass zunächst vier Ausgangssignale, zwei für die obere Hörebene 6 und zwei für die untere Hörebene 7, erzeugt werden.
In der oberen Hörebene 6 werden dann, wie aus Figur 9 weiter hervorgeht, das linke Ausgangssignal LHI und das rechte Ausgangsignal RH* ZU einem Monosignal LHI + RHI addiert und einem ersten Lautsprecher 35 zugeführt.
Die Ausgangssignale R und L in der unteren Hörebene 7 werden als Kanäle Li und Ri direkt zu den Lautsprechern 36, 37 der Soundbar 40 geführt.
Gleichzeitig dienen die Ausgangssignale R und L als Eingangssignale R und L, um erneut im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine untere Hörebene 7 und eine oberer Hörebene 6 zu generieren, was wiederum mittels des Algorithmus in dem Signalprozessors 34 erfolgt, auf dem sich die Software befindet. Die Software enthält dabei einen Algorithmus, der von dem Signalprozessor abgearbeitet wird.
Hierbei werden, ausgehend von der Aufspaltung der Eingangssignale R und L, die Ausgangssignale R und L in der unteren Hörebene 7 und in der oberen Hörebene 6 das linke Ausgangssignal LHI und das rechte Ausgangsignal RHI generiert, sodass erneut vier Ausgangssignale, zwei für die obere Hörebene, 6 d.h. LHI und RHI, und zwei für die untere Hörebene 7, d.h. L und R, erzeugt werden. Danach werden die Signale LHI und RHI den Signalen R und L in der unteren Hörebene 7 beigemischt, d.h. LHI wird mit dem Signal L und mit dem Signal R addiert. Die addierten bzw. gemischten Signale werden hierdurch in der unteren Hörebene zwei weiteren Lautsprechern 38, 39 der Soundbar 40 zugeführt. Die Soundbar 40 besitzt somit insgesamt fünf Ausgangskanäle, nämlich vier Ausgangssignale R, L, LHI + L, +R in der unteren Hörebene 7 und ein Ausgangssignal LHI + RH in der oberen Hörebene 6, wobei alle Ausgangskanäle auch durch Pegelregler, Equalizer, Kompressor etc. weiterverarbeitet werden können.
Die in Figur 9 gezeigte Variante einer modulartig erweiterbaren kleinsten Einheit kann in einer Soundbar, wie Figur 10 veranschaulicht, noch um eine Bassbox ( Subwoofer ) 41 ergänzt werden. Hierzu werden, wie Figur 10 verdeutlicht, die Ausgangssignale R und L in der unteren Hörebene in der Signalabfolge vor ihrer erneuten Aufspaltung addiert durch einen Lowpass Filter 42 geschickt und gleichzeitig als R und L - Signale in dem Signalprozessor 34 verarbeitet.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Prinzips der modulartig erweiterbaren kleinsten Einheit einer Signalerzeugung, die zu komplexen Lautsprecherkonfigurationen führt, veranschaulicht auch Figur 1 1 .
Fig. 1 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, das die beiden Eingangskanälen RH und Lti, die aus den Summationen R + C und L + C (C=Centerkanal ) entstehen, die Ausgangssignale Rm und Lmi in der oberen Hörebene 7 und in der unteren Hörebene 6 das linke Ausgangssignal Li und das rechte Ausgangsignal Ri generiert, sodass vier Ausgangssignale, zwei für die obere und zwei für die untere Hörebene, erzeugt werden. Für die Erzeugung dient auch hier der Signalprozessor 34 und zwar in Form eines Audioprozessors, auf dem sich eine Software befindet, die den Algorithmus enthält. Die in Figur 1 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von der in Figur 10 beschriebenen dadurch, dass die generierten Ausgangssignale RIHI, Linn, Li und Ri nicht erneut als Eingangssignale dienen, sondern in dem Prozessor 34 parallel zwei weitere Eingangssignale S und SL in Gestalt von Surroundsignalen zu Ausgangssignalen verarbeitet werden, die durch eine parallele Bearbeitung in die Ausgangsignale R2H1, L2H1, L.2 und R2 in der oberen und unteren Hörebene decodiert werden. Die zwei Ausgangssignale Li, L2 sowie die beiden Ausgangssignale R1, R2 werden an die Lautsprecher der unteren Hörebene 6 geschickt, wohingegen die Ausgangssignale LiHi, RIHI, l_2Hi und R2H1 der oberen Hörebene 7, wie Figur 1 1 weiter verdeutlicht, zu Signalen RIHI, ÜHI der oberen Hörebene 7 summiert werden, die Lautsprechern der oberen Hörebene 7 zugeführt werden.
Der weitere Kanal LFE wird direkt zu einem eigenen Ausgang geführt und dort als Ausgangskanal LFE einem weiteren Lautsprecher zugeführt, wobei dieser Ausgangskanal, wie auch alle anderen Ausgangskanäle, auch durch Pegelregler, Equalizer, Kompressor etc. weiterverarbeitet werden kann. Die Lautsprecherkonfiguration eines Audiogeräts, das zu der in Figur 11 beschriebenen Ausführungsform korrespondiert, veranschaulicht Figur 12.
Beiden in den Figuren 10 und 1 1 gezeigten Ausführungsformen ist es gemeinsam, dass das das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt in dem Signalprozessor 34 abgearbeitet wird.
Bezugszeichenliste:
2 Raum
3 Hörer
5 Lautsprecheranordnung
4a,4b,6 obere Hörebene
5a,5b,7 untere Hörebene
8, 9 Kanäle
10 Signaldetektor
1 1 Signalmultiplizierer
12,13,21 Delay
14,19,20 Equalizer
15,16 Pegelsteller
17,18 Pegelsteller
22 Kompressor
23,24 Pegelsteller
25 PC
26,27 Lautsprecher
28 Flatscreen
29 PC
31 Smartphone
32 Radio
33 Soundbar
34 Signalprozessor
35,36,37 Lautsprecher
38,39 Lautsprecher
0 Soundbar
1 Bassbox
2 Lowpass Filter

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Audiowiedergabe in einem Mehrkanaltonsystem mit zwei Eingangssignalen L und R, bei dem Ausgangssignale für verschiedene Hörebenen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine untere Hörebene (7) und nur eine obere Hörebene (6) erzeugt werden, wobei maximal sechs Ausgangssignale mit maximal zwei Ausgangssignalen für die untere Hörebene (7) und maximal vier Ausgangssignalen für die obere Hörebene (6) generiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Signale in der unteren Hörebene (7) und oberen Hörebene (6) Stereosignale erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Signale in der unteren Hörebene (7) und oberen Hörebene (6) Monosignale erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Signale in der unteren Hörebene (7) Monosignale erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Signale in der oberen Hörebene (7) Monosignale erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsignale als weitere Eingangssignale dienen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den für die Eingangssignale R und L vorgesehenen Eingangs- kanale Kanäle decodiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die decodierten Kanäle in Gestalt eines linken Raumkanals RL=L-R, eines rechten Raumkanals RR=R-L sowie eines Center-Kanals C=L+R generiert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu den decodierten Kanälen aus den Eingangskanälen linear und parallel geführte Kanäle (8, 9) generiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass R und L als Ausgangsignale für die untere Hörebene (7) erzeugt werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die decodierten Signale zu Ausgangsignalen der höheren Hörebene
(6) weiterverarbeitet werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Eingangskanäle und/oder der Ausgangskanäle miteinander addiert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass maximal zwei Ausgangssignalen für die untere Hörebene
(7) und maximal zwei Ausgangssignalen für die obere Hörebene (6) generiert werden.
14. Gerät mit Toneingangs- und Tonausgangskanälen sowie einem Prozessor, wobei dem Gerät Lautsprecher (26, 27, 33) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Prozessor eine Software importiert ist, die einen Algorithmus enthält, der von dem Prozessor abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erfasst.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es Bildeingangsund Bildausgangskanäle aufweist.
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