EP2124486A1 - Angle-dependent operating device or method for generating a pseudo-stereophonic audio signal - Google Patents
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- EP2124486A1 EP2124486A1 EP20080008832 EP08008832A EP2124486A1 EP 2124486 A1 EP2124486 A1 EP 2124486A1 EP 20080008832 EP20080008832 EP 20080008832 EP 08008832 A EP08008832 A EP 08008832A EP 2124486 A1 EP2124486 A1 EP 2124486A1
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- beta
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS
- H04S5/00—Pseudo-stereo systems, e.g. in which additional channel signals are derived from monophonic signals by means of phase shifting, time delay or reverberation
Definitions
- the invention relates to audio signals (in particular sound transducer signals) and devices or methods for their extraction, transmission, transformation and reproduction.
- Pseudostereophonic signals generally show deficits compared to conventional stereo signals.
- the localizability of the sound sources such as in methods that distribute the frequency spectrum differently phase-shifted distributed on the final signals, limited.
- the use of runtime differences also usually leads to contradictory localization for the same reasons.
- the artificial reverberation also for psychoacoustic reasons, causes the listener to fatigue.
- Gerzon see below
- a pseudo-stereophony based on the simulation of intensity-stereophonic methods has the particular problem that a monophonic audio signal based on vesselserricht characteristic can not be stereophonised, this due to the non-imaging of laterally incident sound.
- Own European application no. 06008455.5 proposes a methodical consideration of the manually or metrologically determined angle Phi, including the main axis and sound source, using time-of-flight and level differences dependent on the angle Phi. If the angle Phi is equal to zero, however, a stereophonic mapping is not possible.
- the invention explained below is intended to represent a significant improvement in the stereophonic reproduction of a monophonic imaged sound source, taking into account the recording situation.
- so far for intensity stereophonic simulations problematic Achtersricht characterizing a reliable method of stereophonic be offered.
- a stereophonic image should also be made possible in the event that the angle Phi, the main axis and the sound source are equal to zero.
- the classic S signal which is specific to the MS technique, has aft-direction characteristic, which is offset 90 degrees to the left of the M signal. If the level of the S signal is increased compared to the M signal, the so-called opening angle 2 ⁇ (which results from the intersections of the overlapping polar diagrams of the M system or S system) decreases and, like the aft direction characteristic of the S signal, Systems - always symmetrical to the main axis of the M signal is) increasingly.
- a fictitious opening angle 2 ⁇ can also be parameterized in an arrangement or a method which takes into account the angle Phi which the main axis of the monophonic signal and the sound source include.
- the calculated simulated side signal then depends on both the angle Phi and the half fictitious opening angle alpha.
- gain factors are applied only to the signals that, summed, give the side signal.
- the angle-dependent pole spacing f describing the directional characteristic of the M signals is parameterized.
- the invention consists in the parameterization of a fictitious opening angle ⁇ + ⁇ .
- Alpha represents here the fictitious left opening angle (lying left of the main axis of the stereophonic monophonic audio signal)
- Beta the notional right opening angle (right of the main axis of the stereophonizing monophonic audio signal)
- ⁇ ⁇ ⁇ the fictitious opening angle
- the trigonometrically determined level and transit time differences for the simulated side signal in addition to Phi and f are also made dependent on the fictitious left opening angle alpha or the fictitious right opening angle beta, where - if the sound source is to be classified left of the main axis - the relationship ⁇ or - if the sound source is to be placed to the right of the main axis - the relationship ⁇ .
- alpha and beta is in any case zero or an environment of zero, since the calculated under parametrization of alpha or beta level or time differences converge to infinity, so are not technically feasible.
- alpha and beta By a suitable choice of alpha and beta, a stereophonic mapping of a monophonic audio signal can thus be achieved, which offers generally more favorable conditions than methods which neglect a parameterization of a fictitious aperture angle ⁇ + ⁇ .
- a stereophonic resolution for the case of Phi equal to zero is possible.
- Alpha and Beta can be chosen freely under the above conditions or determined accordingly by a suitable algorithm.
- a simplification for devices or methods, which take the subject of the invention as an opportunity, is the indication that the discriminants of L (alpha) and L (beta) are used directly for the determination of P (alpha) and P (beta) to let. Circuit diagrams or algorithms are thereby significantly simplified, which means a miniaturization of the corresponding hardware with maximum efficiency.
- FIG. 1 A sound source 101 is received at position 102 by a omnidirectional microphone, with major axis 103 and sounding axis 104 of the sound source including angle Phi (105).
- Figures 108 and 109 illustrate the geometric positioning of those two simulated signals that, when summed, yield the simulated side signal.
- the propagation time difference from the main signal for the simulated left signal represents 110, the level of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 101 and 112 (level correction taking into account the square of the distance decreasing sound intensity) ,
- the transit time difference from the main signal for the simulated right signal represents 111, the level of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 101 and 113.
- the nature of the internally processed signals FIG. 3
- the main signal 316 is juxtaposed with two simulated signals 317 (with the delay time 310) and 318 (with the delay time 311) (where 314 represents the time axis and 315 represents the level axis).
- the maximum level point 302 is calculated from the maximum level point 312 according to the formula (15), the maximum level point 313 according to the formula (16).
- FIG. 4 a classic MS arrangement for half the opening angle alpha (406) equal to 135 degrees, consisting of an M system with Kidney characteristics and an S-system with Achterricht futurites.
- FIG. 5 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha (506) equal to 90 degrees, consisting of an M-system with ball-directional characteristics and an S-system with aft-direction characteristic.
- FIG. 6 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha (606) equal to 53 degrees, consisting of an M-system with kidney characteristics and an S-system with Achtersricht futurites.
- FIG. 4 a classic MS arrangement for half the opening angle alpha (406) equal to 135 degrees, consisting of an M system with Kidney characteristics and an S-system with Achterricht character.
- FIG. 5 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha (506) equal to 90 degrees, consisting of an M-system with ball-directional characteristics and an S-system with aft-direction characteristic.
- FIG. 6 represents
- FIG. 7 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha (706) equal to 45 degrees, consisting of an M-system with Achterricht characterizing and an S-system with Achterricht civilizing.
- FIG. 8 represents a classic MS arrangement for half the opening angle Alpha (806) equal to 33.5 degrees, also consisting of an M-system with Achterricht characterizing and an S-system with Achterricht civilizing.
- FIG. 9 An extension of the functional principle that is made up of FIG. 1 derives the additional consideration of a fictional half-opening angle alpha, as in FIG. 9
- a sound source 901 is recorded by a monomicrophone 902 with a ball-shaped characteristic, with the main axis 903 and the sighting axis 904 of the sound source enclosing the angle Phi (905).
- the fictitious half opening angle Alpha (906) is taken into account again. From this, the geometric positioning 908 of the simulated left signal S A and the geometric positioning 909 of the simulated right signal S B are directly derived (according to the principle that the distances of 902 and 908 or the distances of 902 and 909 are equal to that of FIG.
- the transit time difference from the main signal for the simulated left signal represents 910, the level of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 901 and 912 (level correction taking into account the square of the distance decreasing sound intensity) ,
- the transit time difference from the main signal for the simulated right signal represents 911, the level of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 901 and 913.
- FIG. 10 which converts a monophonic audio signal into MS signals, which can be stereophonised, taking into account the fictitious half opening angle alpha.
- a first application example of the invention based on a monophonic audio signal with omnidirectional characteristic shows FIG. 11 ,
- a fictitious opening angle ⁇ + ⁇ is parameterized, where alpha represents the fictitious left opening angle 1106 (lying to the left of the main axis of the stereophonic monophonic audio signal), Beta the fictitious right opening angle 1107 (right of the main axis of the monophonic to stereophonizing Audio signal) - ie angles that can not occur in a classical MS arrangement due to the use of a 90 degree to the left symmetric, symmetrical to the main axis S-system with achricht characterizing.
- the subject invention possibly leads to viewing the main axis of the monophonic audio signal to be stereophonised possibly asymmetrical fictitious aperture angle ⁇ + ⁇ .
- the arrangement consists of a sound source 1101 received by a spherical omnidirectional monomicrophone 1102, with the microphone main axis 1103 and the sounding axis 1104 of the sound source including the angle Phi (1105). Furthermore, a fictitious left opening angle alpha is parametrized (1106) and a fictitious right opening angle beta (1107), whereby - if the sound source is to be classified left of the main axis - the relationship ⁇ or - if the sound source to the right of the main axis is to be classified - the relationship ⁇ .
- alpha and beta zero or zero environment must be excluded in each case (since the parameterization of Alpha or beta trigonometrically calculated level or time differences converge towards infinity, so are technically not feasible).
- Alpha now determines exactly the geometrical positioning 1108 of the simulated left signal S (alpha) (according to the principle that the distance of 1102 and 1108 must be equal to the polar distance for the angle alpha describing the directional characteristic of the main signal) and beta exactly geometric positioning 1109 of the simulated right signal S (beta) (according to the principle that the distance of 1102 and 1109 must be equal to the pole characteristic for the angle beta describing the directional characteristic of the main signal) which, when summed, give the simulated side signal.
- the transit time difference L (alpha) versus the main signal for the simulated left signal represents 1110
- the level P (alpha) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1101 and 1112 (level correction taking into account with the square of the distance decreasing sound intensity).
- the transit time difference L (beta) against the main signal for the simulated right signal represents 1111
- the level P (beta) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1101 and 1113.
- L (alpha), L (beta) and gain factors P (alpha), P (beta) which, to allow unrestricted choice of phi, alpha and beta, result in the simulated side signal S, signals S (alpha) and S (beta) are to be applied
- L ⁇ - 1 2 ⁇ sin ⁇ + 1 4 ⁇ sin 2 ⁇ ⁇ + 1 - sin ⁇ sin ⁇
- the arrangement under consideration here consists of a sound source 1201 which is picked up by a cardiogram-shaped monomicrophone 1202, with the main microphone axis 1203 and the sounding axis 1204 of the sound source enclosing the angle Phi (1205). Furthermore, a fictitious left opening angle alpha is parameterized (1206) and a fictitious right opening angle beta (1207), whereby - if the sound source is to be arranged on the left of the main axis - the relation ⁇ must apply or - if the sound source to the right of the Main axis is - the relationship ⁇ .
- zero or an environment of zero is to be excluded for alpha and beta (since the level or transit time differences calculated by parameterization of alpha or beta also converge towards infinity, ie are technically not feasible).
- Alpha determines together with the now-directional characteristic for the main signal exactly the geometric positioning 1208 of the simulated left signal S (alpha) (according to the principle that the distance of 1202 and 1208 must be equal to the pole characteristic for the angle alpha describing the directional characteristic of the main signal) and beta also together with the directional characteristic considered here exactly the geometric positioning 1209 of the simulated right signal S (beta) (according to the principle that the distance of 1202 and 1209 must be equal to the pole spacing for the angle beta describing the directional characteristic of the main signal) which, when summed, give the simulated side signal.
- the transit time difference L (alpha) versus the main signal for the simulated left signal represents 1210
- the level P (alpha) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1201 and 1212 (level correction taking into account with the square of the distance decreasing sound intensity).
- the transit time difference L (beta) against the main signal for the simulated right signal represents 1211
- the level P (beta) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1201 and 1213.
- the arrangement consists of a sound source 1301, which is picked up by a monomicrophone 1302 with hypercardioid polar pattern, with the microphone main axis 1303 and the sighting axis 1304 of the sound source enclosing the angle Phi (1305). Furthermore, a fictitious left opening angle alpha is parametrized (1306) and a fictitious right opening angle beta (1307), again - if the sound source is to be classified left of the main axis - the relation ⁇ must apply or - if the sound source to the right of the main axis is - the relationship ⁇ . Again, zero or an environment of zero can be excluded for alpha and beta in any case (since the levels or runtime differences calculated by parameterization of alpha or beta are trigonometrically calculated) Converge infinitely, that is technically not feasible).
- Alpha in turn together with the hypercardioid characteristic of the main signal exactly determines the geometrical positioning 1308 of the simulated left signal S (alpha) (according to the principle that the distance of 1302 and 1108 must be equal to the pole distance for the angle alpha describing the directional characteristic of the main signal ), Beta together with the hypercardioid characteristic exactly the geometrical positioning 1309 of the simulated left signal S (beta) (according to the principle that the distance of 1302 and 1309 must be equal to the pole distance for the angle beta describing the directional characteristic of the main signal), which adds up to the simulated page signal.
- the transit time difference L (alpha) versus the main signal for the simulated left signal represents 1310
- the level P (alpha) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1301 and 1312 (level correction taking into account with the square of the distance decreasing sound intensity).
- the transit time difference L (beta) against the main signal for the simulated right signal represents 1311
- the level P (beta) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1301 and 1313.
- the input signal to be stereophonised has special forms of the cardioid characteristic
- the corresponding transit time differences L (alpha) and L (beta) or amplification factors P (alpha) and P (beta) from the formulas (29) to (32) can be easily calculated. 0 ⁇ n ⁇ 2: this is true for n.
- n 1
- the gain factors or propagation time differences result for an input signal with a classical refractive index characteristic, for the value 0 those for an input signal with a ball-shaped characteristic, for the value 2 those for an input signal with a conventional aftereffect characteristic. If n is 1.25, the propagation time differences or gain factors for a supercardioid input signal result.
- FIG. 14 illustrates in detail the application for an input signal with Achrichtricht characterizing, which has already been discussed several times above.
- the arrangement consists of a sound source 1401, which is recorded by a monomicrophone 1402 with civilerricht characterizing, the main microphone axis 1403 and the bearing axis 1404 of the sound source the Include angle Phi (1405).
- a fictitious left opening angle alpha is parametrised (1406) and a fictitious right opening angle beta (1407), whereby - if the sound source is to be arranged on the left of the main axis - the relation ⁇ must apply or - if the sound source is to the right of the main axis is to be classified - the relationship ⁇ .
- zero or an environment of zero is to be excluded in any case for alpha and beta (since the levels or time differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta also converge towards infinity, ie are technically not feasible).
- Alpha together with the Stammerricht characterizing the main signal exactly the geometric positioning 1408 of the simulated left signal S (alpha) (according to the principle that the distance of 1402 and 1408 must be equal to the, the directional characteristic of the main signal, pole distance for the angle alpha) Beta together with the Achtersricht characterizing exactly the geometric positioning 1409 of the simulated right signal S (beta) (according to the principle that the distance of 1402 and 1409 must be equal to the directional characteristic of the main signal, pole distance for the angle beta), which sums up the simulated page signal.
- the Run-time difference L (alpha) versus the main signal for the simulated left signal represents 1410, the level P (alpha) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1401 and 1412 (level correction in consideration of FIG the square of the distance decreasing sound intensity).
- the transit time difference L (beta) against the main signal for the simulated right signal represents 1411, the level P (beta) of the simulated signal is determined from the level of the main signal multiplied by the square of the distance of 1401 and 1413.
- the associated formula apparatus for The delay times L (alpha), L (beta) and the gain factors P (alpha), P (beta) can be found in equations (7) to (10), or equations (29) to (32), if n equals 2 (the gains - to allow unrestricted choice of Phi, Alpha, and Beta with respect to the directional characteristic - apply to the simulated side signal S, S (alpha) and S (beta) signals) ,
- FIG. 15 represents a, the directional characteristic of the input signal generalized circuit according to the subject invention, taking into account the acceptance angle Phi, a left fictitious opening angle alpha, a right fictitious ⁇ ffungswinkels beta and the directional characteristic of the M signal descriptive angle-dependent pole spacing f a monophonic audio signal in MS signals that can be stereophonized.
- the formulas (3) to (6) are to be used.
- the input signal is used directly as an M signal.
- the S signal is added from the one around the Delay time L (alpha) delayed input signal, which is subsequently amplified by the amplification factor P (alpha), and another signal representing the delayed by the delay time L (beta) input signal, then amplified by the gain P (beta).
- P the delay time
- FIG. 16 a slightly restricted circuit of the form can be used FIG. 16 derived.
- the restriction consists in the condition that for the acceptance angle Phi, the left fictitious aperture angle alpha and the angle-dependent pole distance f describing the directional characteristic of the M signal, the expression f 2 ⁇ 4 ⁇ sin 2 ⁇ ⁇ + f 2 ⁇ - f ⁇ sin ⁇ * f ⁇ * sin ⁇ not equal to zero or element of a zero environment.
- FIG. 15 A second derivative FIG. 15 if the reweighting of the gain factors is changed, a circuit which also operates in a slightly restricted manner results in the shape FIG. 17 , wherein for the acceptance angle Phi, the right fictitious aperture angle beta and the, the directional characteristic of the M signal descriptive angle-dependent pole distance f must apply that the expression f 2 ⁇ 4 ⁇ sin 2 ⁇ ⁇ + f 2 ⁇ + f ⁇ sin ⁇ * f ⁇ * sin ⁇ not equal to zero or element of a zero environment.
- ⁇ if ⁇ 0 - the relation ⁇ , or - if ⁇ 0 - the relation ⁇ .
- zero or an environment of zero must be excluded for each alpha or beta (since the levels or runtime differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta
- a monophonic input signal can be obtained with the aid of a coordinate system of the form FIG. 18 arithmetically, where 1814 is the time axis, and 1815 the level axis. 1819 represents the time t i , 1820 the level point P i (t i ) which correlates with t i . For sufficiently small intervals [ t i , t i +1 ], ie a sufficient sampling rate, the sound event can now be mapped with sufficient accuracy.
- FIG. 4 illustrates the associated flow chart of a method according to the subject invention, taking into account the pickup angle Phi, a left fictitious opening angle alpha, a right fictitious opening angle beta and one, the Directional characteristic of the M-signal descriptive angle-dependent pole spacing f at sufficiently small intervals [ t i , t i +1 ] a monophonic audio signal into MS signals that can be stereophonized.
- An M-signal (of the array [ M i ( t i )]) and an S-signal (of the array [ S i ( t i )]) which is in fact calculated from the input signal delayed by the delay time L (alpha) are calculated , which is subsequently amplified by the amplification factor P (alpha), and a further signal which represents the input signal which is actually delayed by the delay time L (beta), and then amplified by the amplification factor P (beta).
- the algorithm excludes inadmissible values of alpha and beta. Again - if ⁇ 0 - the relation ⁇ or - if ⁇ 0 - the relation ⁇ . Likewise, zero or an environment of zero must be excluded for alpha or beta in any case (since the levels or time differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta converge towards infinity, ie are technically not feasible).
- Method 1 Provided that the algorithm (33) does not equal zero or an element of a zero environment, a monophonic input signal can be provided for sufficiently small ones Intervals [ t i , t i +1 ] FIG. 19 analogous calculation method based on FIG. 16 however, now the M signal (the array [ M i ( t i )]) appears to be amplified by the factor (34).
- the S signal (the array [ S i ( t i )]) represents the result of the addition of the input signal (the array [ P i ( t i )] actually delayed by the delay time L (alpha) (see formula (3)).
- Method 2 If it remains algoritmically ensured that (36) is not equal to zero or an element of an environment of zero, a monophonic input signal for sufficiently small intervals [ t i , t i +1 ] can also be added FIG. 19 analogous calculation method in £ based on FIG. 17 now the M-signal (the array [ M i ( t i )]) appears to be amplified by the factor (37).
- the S signal (of the array [ S i ( t i )]) represents the result of the addition of the actual delayed by the delay time L (alpha) (see formula (3)) and then by the gain P (alpha) '(see Formula (38) of amplified input signal (the array [ P i ( t i )]) with the input signal actually delayed by the delay time L (Beta) (see formula (4) (again the Array [ P i ( t i )]).
- the algorithm must exclude impermissible values of alpha and beta: If ⁇ 0, the relation ⁇ must apply or - if ⁇ 0 - the relation ⁇ . In the same way, zero or an environment of zero can be excluded for alpha and beta in any case (since the levels or runtime differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta sometimes converge towards infinity, ie remain technically unrealizable).
- a similar procedure can be used for monophonic sound recordings in which a single sound source is to be stereophonically reproduced or one sound source monophonic and another stereophone (this is possible if the angle Phi equals zero for a sound source).
- the imaging direction of a signal source insulated sound source within a stereo image is perceived as being too sharp, the imaging direction can be gradually dispersed using the subject invention.
- the shaping of the directional characteristic of the input signal (selectively possible by varying the polar coordinates describing the directional characteristic of the input signal, comprising, for example, the application of comb filters in connection with Fast Fourier Transformation (FFT) based methods, which belongs to the prior art) Going through an arrangement or a method according to the subject invention may possibly improve the result or to provide for a normalization of the directional characteristic of the input signal.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Audiosignale (insbesondere Schallwandlersignale) und Vorrichtungen bzw. Verfahren zu deren Gewinnung, Übertragung, Umformung und Wiedergabe.The invention relates to audio signals (in particular sound transducer signals) and devices or methods for their extraction, transmission, transformation and reproduction.
Im allgemeinen versuchen derartige Systeme, für das menschliche Ohr aufschlüsselbare räumliche Information abzubilden oder zu suggerieren. Dies kann entweder durch die Wiedergabe von zwei oder mehreren unterschiedlich beschaffenen Endsignalen erreicht werden, durch das Hinzufügen künstlicher erster Reflexionen bzw. künstlichen Diffusschalls oder durch die Simulation von auf den menschlichen Kopf bezogenen akkustischen Gegebenheiten mittels HRTF. Diese Lösungsansätze werden insbesondere benutzt, um monophone Audiosignale in solche zu überführen, die dem Ohr eine tatsächliche oder fiktive Räumlichkeit vermitteln. Derartige Methoden werden als "pseudostereophon" bezeichnet.In general, such systems attempt to map or suggest spatial information to be clipped to the human ear. This can be achieved either by the reproduction of two or more differently designed end signals, by the addition of artificial first reflections or artificial diffuse sounds or by the simulation of human acoustic head related acoustic conditions by means of HRTF. These approaches are used, in particular, to convert monophonic audio signals into those which give the ear an actual or fictitious spatiality. Such methods are referred to as "pseudostereophon".
Pseudostereophone Signale weisen gegenüber konventionellen Stereosignalen in der Regel Defizienzen auf. Insbesondere ist aus psychoakustischen Gründen die Lokalisierbarkeit der Schallquellen, so etwa bei Methoden, die das Frequenzspektrum unterschiedlich phasenverschoben auf die Endsignale verteilen, eingeschränkt. Auch die Anwendung von Laufzeitdifferenzen führt aus gleichen Gründen in der Regel zu widersprüchlicher Lokalisierung. Die künstliche Verhallung, ebenfalls aus psychoakustischen Gründen, bewirkt beim Hörer Ermüdungserscheinungen. Es sind eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, insbesondere von Gerzon (siehe unten), die derartige Widersprüchlichkeiten bei der stereophonen Abbildung von Schallquellen beseitigen sollen. Eine Wiedergabe der ursprünglichen räumlichen Gegebenheiten, wie sie konventionelle Stereosignale abzubilden vermögen, findet auch bei komplexen Anwendungen in der Regel jedoch nicht statt.Pseudostereophonic signals generally show deficits compared to conventional stereo signals. In particular, for psychoacoustic reasons, the localizability of the sound sources, such as in methods that distribute the frequency spectrum differently phase-shifted distributed on the final signals, limited. The use of runtime differences also usually leads to contradictory localization for the same reasons. The artificial reverberation, also for psychoacoustic reasons, causes the listener to fatigue. A number of proposals have been made, in particular by Gerzon (see below), to eliminate such inconsistencies in the stereophonic imaging of sound sources. A representation of the original spatial conditions, how they are able to image conventional stereo signals, however, does not usually occur even in complex applications.
Insbesondere weist eine, auf der Simulation von intensitätsstereophonen Methoden beruhende Pseudostereophonie die besondere Problematik auf, dass sich ein auf Achterrichtcharakteristik basierendes monophones Audiosignal nicht stereophonisieren lässt, dies aufgrund der Nichtabbildung von seitlich einfallendem Schall.In particular, a pseudo-stereophony based on the simulation of intensity-stereophonic methods has the particular problem that a monophonic audio signal based on achterricht characteristic can not be stereophonised, this due to the non-imaging of laterally incident sound.
Den Stand der Technik bilden folgende Dokumente:
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US 5173944 -
US 6636608
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US 5173944 -
US 6636608
Bereits erwähntes Dokument
Eigene europäische Anmeldung Nr.
Die im folgenden erläuterte Erfindung soll eine deutliche Verbesserung der stereophonen Wiedergabe einer monophone abgebildeten Schallquelle darstellen, dies unter Berücksichtigung der Aufnahmesituation. Zudem soll für die erwähnte, bislang für intensitätsstereophone Simulationen problematische Achterrichtcharakteristik eine zuverlässige Methode der Stereophonisierung geboten werden. Im weiteren soll eine stereophone Abbildung auch für den Fall, dass der Winkel Phi, den Hauptachse und Schallquelle einschliessen, gleich Null ist, ermöglicht werden.The invention explained below is intended to represent a significant improvement in the stereophonic reproduction of a monophonic imaged sound source, taking into account the recording situation. In addition, for the aforementioned, so far for intensity stereophonic simulations problematic Achtersrichtcharakteristik a reliable method of stereophonic be offered. Furthermore, a stereophonic image should also be made possible in the event that the angle Phi, the main axis and the sound source are equal to zero.
Der Erfindungsgegenstand lässt sich wie folgt darstellen:
- Die (in der eigenen europäischen Anmeldung Nr.
06008455.5
- The (in its own European application no.
06008455.5
Das klassische S-Signal hat, dies ist für die MS-Technik spezifisch, Achterrichtcharakteristik, wobei dieses gegenüber dem M-Signal um 90 Grad nach links versetzt ist. Wird nun der Pegel des S-Signals gegenüber dem M-Signal erhöht, verkleinert sich der sogenannte Öffnungswinkel 2α (der sich aus den Schnittpunkten der sich überlagernden Polardiagramme des M-Systems bzw. S-Systems ergibt, und - wie die Achterrichtcharakteristik des S-Systems - stets symmetrisch zur Hauptachse des M-Signals liegt) zunehmend.The classic S signal, which is specific to the MS technique, has aft-direction characteristic, which is offset 90 degrees to the left of the M signal. If the level of the S signal is increased compared to the M signal, the so-called opening angle 2α (which results from the intersections of the overlapping polar diagrams of the M system or S system) decreases and, like the aft direction characteristic of the S signal, Systems - always symmetrical to the main axis of the M signal is) increasingly.
In einem ersten Schritt lässt sich ein fiktiver Öffnungswinkel 2α auch in einer Anordnung oder einem Verfahren, das den Winkel Phi, den die Hauptachse des monophonen Signals und die Schallquelle einschliessen, berücksichtigt, parametrisieren. Das errechnete simulierte Seitensignal hängt dann sowohl vom Winkel Phi als auch vom halben fiktiven Öffnungswinkel Alpha ab.In a first step, a fictitious opening angle 2α can also be parameterized in an arrangement or a method which takes into account the angle Phi which the main axis of the monophonic signal and the sound source include. The calculated simulated side signal then depends on both the angle Phi and the half fictitious opening angle alpha.
In einem zweiten Schritt werden Verstärkungsfaktoren nur auf die Signale angewendet, die summiert das Seitensignal ergeben.In a second step, gain factors are applied only to the signals that, summed, give the side signal.
In einem dritten Schritt wird der, die Richtcharakteristik der M-Signals beschreibende winkelabhängige Polabstands f parametrisiert. Somit lassen sich nunmehr monophone Signale beliebiger Richtcharakteristik unter Berücksichtigung eines fiktiven Öffnungswinkels 2α stereophonisieren.In a third step, the angle-dependent pole spacing f describing the directional characteristic of the M signals is parameterized. Thus, it is now possible to stereophonise monophonic signals of any directional characteristic, taking into account a fictitious opening angle 2α.
Die Erfindung besteht in der Parametrisierung eines fiktiven Öffnungswinkels α+β. Alpha stellt hierbei den fiktiven linken Öffnungswinkel (links von der Hauptachse des zu stereophonisierenden monophonen Audiosignals liegend) dar, Beta den fiktiven rechten Öffnungswinkel (rechts von der Hauptachse des zu stereophonisierenden monophonen Audiosignals liegend), wobei α≠β sein kann. Betrachtet wird also der in der klassischen MS-Matrizierung nicht auftretende Fall möglicher zur Hauptachse des zu stereophonisierenden monophonen Audiosignals unsymmetrischer fiktiver Öffnungswinkel α+β.The invention consists in the parameterization of a fictitious opening angle α + β. Alpha represents here the fictitious left opening angle (lying left of the main axis of the stereophonic monophonic audio signal), Beta the notional right opening angle (right of the main axis of the stereophonizing monophonic audio signal), where α ≠ β. Thus, consideration is given to the case of possible unbalanced fictitious aperture angles α + β, which does not occur in classical MS-matrixing, with respect to the main axis of the monophonic audio signal to be stereophoned.
Demnach werden die trigonometrisch ermittelten Pegel- und Laufzeitdifferenzen für das simulierte Seitensignal neben Phi und f auch vom fiktiven linken Öffnungswinkel Alpha bzw. vom fiktiven rechten Öffnungswinkel Beta abhängig gemacht, wobei - sofern die Schallquelle links von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤α gelten muss oder - sofern die Schallquelle rechts von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤β. Auszuschliessen für Alpha und Beta ist in in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null, da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind.Accordingly, the trigonometrically determined level and transit time differences for the simulated side signal in addition to Phi and f are also made dependent on the fictitious left opening angle alpha or the fictitious right opening angle beta, where - if the sound source is to be classified left of the main axis - the relationship φ≤α or - if the sound source is to be placed to the right of the main axis - the relationship φ≤β. Exclude for alpha and beta is in any case zero or an environment of zero, since the calculated under parametrization of alpha or beta level or time differences converge to infinity, so are not technically feasible.
Durch eine geeignete Wahl von Alpha und Beta lässt sich folglich eine stereophone Abbildung eines monophonen Audiosignals erzielen, die zumeist günstigere Bedingungen bietet als Methoden, die eine Parametrisierung eines fiktiven Öffnungswinkel α+β vernachlässigen. Insbesondere ist auch eine stereophone Auflösung für den Fall Phi gleich Null möglich. Alpha und Beta lassen sich dabei unter Massgabe obiger Bedingungen frei wählen oder durch einen geeigneten Algoritmus entsprechend bestimmen.By a suitable choice of alpha and beta, a stereophonic mapping of a monophonic audio signal can thus be achieved, which offers generally more favorable conditions than methods which neglect a parameterization of a fictitious aperture angle α + β. In particular, a stereophonic resolution for the case of Phi equal to zero is possible. Alpha and Beta can be chosen freely under the above conditions or determined accordingly by a suitable algorithm.
Trigonometrisch ergeben sich für den Winkel Phi, den, die Richtcharakteristik der M-Signals beschreibenden, winkelabhängigen Polabstand f und die Winkel Alpha und Beta folgende Verzögerungszeiten L(Alpha), L(Beta) bzw. Verstärkungsfaktoren P(Alpha), P(Beta) (die, um eine nicht eingeschränkte Wahl von Phi, f sowie Alpha und Beta zu ermöglichen, auf die, das simulierte Seitensignal S ergebenden, Signale S(Alpha) und S(Beta) anzuwenden sind):
Eine Vereinfachung für Vorrichtungen bzw. Verfahren, die den Erfindungsgegenstand zum Anlass nehmen stellt der Hinweis dar, dass die Diskriminanten von L(Alpha) bzw. L(Beta) sich unmittelbar für die Ermittlung von P(Alpha) bzw. P(Beta) nutzen lassen. Schaltschemata bzw. Algoritmen werden dadurch deutlich vereinfacht, was eine Miniaturisierung der entsprechenden Hardware bei höchster Effizienz bedeutet.A simplification for devices or methods, which take the subject of the invention as an opportunity, is the indication that the discriminants of L (alpha) and L (beta) are used directly for the determination of P (alpha) and P (beta) to let. Circuit diagrams or algorithms are thereby significantly simplified, which means a miniaturization of the corresponding hardware with maximum efficiency.
Insbesondere für die oben erwähnte Problematik der Stereophonisierung eines monophonen Audiosignals mit Achterrichtcharakteristik leitet sich folgende Lösung ab, basierend auf dem, die Achterrichtcharakteristik der M-Signals beschreibenden, vom Polarwinkel ψ abhängigen Polabstand f(ψ)=cosψ:
Für den Erfindungsgegenstand bleibt charakteristisch, dass die resultierenden MS-Signale abschliessend einer Stereoumsetzung gemäss Formeln (1) und (2) unterworfen werden müssen. Es resultiert ein klassisches Stereosignal.It remains characteristic of the subject of the invention that the resulting MS signals must finally be subjected to a stereo reaction according to formulas (1) and (2). The result is a classic stereo signal.
Unter Einschluss von Apparaturen und Methodiken, die den Stand der Technik darstellen, lassen sich im übrigen unter Anwendung des Erfindungsgegenstands Signale gewinnen, die über mehr als zwei Lautsprecher stereophone Information liefern (wie etwa die zum Stand der Technik gehörende Surround-Systeme).Incidentally, including prior art apparatuses and methodologies, it is possible to obtain signals using the subject invention to provide stereophonic information through more than two speakers (such as the prior art surround systems).
Ausführungsformen und Anwendungsbeispiele vorliegender Erfindung werden anhand folgender Figuren beispielhaft erläutert:
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stellt das Funktionsprinzip der europäischen Anmeldung Nr.Figur 106008455.5 -
stellt eine Schaltung dar, die gemäss europäischer Anmeldung Nr.Figur 206008455.5 -
bildet die internen Signale der inFigur 3 dargestellten Schaltung ab.Figur 2 -
Figur 4 stellt eine klassische MS-Anordnung für den halben Öffnungswinkel Alpha gleich 135 Grad dar, bestehend aus einem M-System mit Nierenrichtcharakteristik und einem S-System mit Achterrichtcharakteristik. -
Figur 5 stellt eine klassische MS-Anordnung für den halben Öffnungswinkel Alpha gleich 90 Grad dar, bestehend aus einem M-System mit Kugelrichtcharakteristik und einem S-System mit Achterrichtcharakteristik. -
Figur 6 stellt eine klassische MS-Anordnung für den halben Öffnungswinkel Alpha gleich 53 Grad dar, bestehend aus einem M-System mit Nierenrichtcharakteristik und einem S-System mit Achterrichtcharakteristik. -
Figur 7 stellt eine klassische MS-Anordnung für den halben Öffnungswinkel Alpha gleich 45 Grad dar, bestehend aus einem M-System mit Achterrichtcharakteristik und einem S-System mit Achterrichtcharakteristik. -
Figur 8 stellt eine klassische MS-Anordnung für den halben Öffnungswinkel Alpha gleich 33,5 Grad dar, ebenfalls bestehend aus einem M-System mit Achterrichtcharakteristik und einem S-System mit Achterrichtcharakteristik. -
Figur 9 stellt eine Erweiterung des Funktionsprinzips der europäischen Anmeldung Nr.06008455.5 -
Figur 10 stellt eine Schaltung dar, die unter Berücksichtigung eines fiktiven halben Öffnungswinkels Alpha ein monophones Audiosignal in MS-Signale überführt, die sich stereophonisieren lassen. -
Figur 11 stellt beispielhaft das Funktionsprinzip der Erfindung für ein Signal mit Kugelcharakteristik dar, die einen linken fiktiven Öffnungswinkel Alpha und eine rechten fiktiven Öffnungswinkel Beta mitberücksichtigt, die in einer klassischen MS-Anordnung aufgrund der Verwendung eines um 90 Grad nach links gedrehten, zur Hauptachse symmetrischen Systems mit Achtrichtcharakteristik für das S-Signal nicht auftreten können. -
Figur 12 stellt beispielhaft das Funktionsprinzip der Erfindung für ein Signal mit Nierencharakteristik dar. -
Figur 13 stellt beispielhaft das Funktionsprinzip der Erfindung für ein Signal mit Hypernierencharakteristik dar. -
Figur 14 stellt beispielhaft das Funktionsprinzip der Erfindung für ein Signal mit Achterrichtcharakteristik dar. -
Figur 15 stellt eine Schaltung gemäss dem Erfindungsgegenstand dar, die unter Berücksichtigung des Aufnahmewinkels Phi, eines linken fiktiven Öffnungswinkels Alpha, eines rechten fiktiven Öffungswinkels Beta und eines, die Richtcharakteristik der M-Signals beschreibenden winkelabhängigen Polabstands f ein monophones Audiosignal in MS-Signale überführt, die sich stereophonisieren lassen. -
Figur 16 stellt eine Variante zur Schaltung derFigur 15 dar, wobei für den Aufnahmewinkel Phi, den linken fiktiven Öffnungswinkel Alpha und den, die Richtcharakteristik des M-Signals beschreibenden winkelabhängigen Polabstand f gelten muss, dass derAusdruck
nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist. -
stellt eine weitere Variante zur Schaltung derFigur 17Figur 15 dar, wobei für den Aufnahmewinkel Phi, den rechten fiktiven Öffnungswinkel Beta und den, die Richtcharakteristik des M-Signals beschreibenden winkelabhängigen Polabstand f gelten muss, dass derAusdruck
nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist. -
Figur 18 stellt die Parameter ti, Pi(ti) derFigur 19 dar. -
Figur 19 stellt das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäss dem Erfindungsgegenstand dar, das unter Berücksichtigung des Aufnahmewinkels Phi, eines linken fiktiven Öffnungswinkels Alpha, eines rechten fiktiven Öffungswinkels Beta und eines, die Richtcharakteristik der M-Signals beschreibenden winkelabhängigen Polabstands f bei hinreichend kleinen Intervallen [ti ,t i+1] ein monophones Audiosignal in MS-Signale überführt, die sich stereophonisieren lassen.
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FIG. 1 represents the operating principle of the European application no.06008455.5 -
FIG. 2 represents a circuit according to European application no.06008455.5 -
FIG. 3 forms the internal signals of inFIG. 2 shown circuit. -
FIG. 4 represents a classic MS arrangement for half the opening angle alpha equal to 135 degrees, consisting of an M-system with kidney characteristics and an S-system with Achtersrichtcharakteristik. -
FIG. 5 represents a classic MS arrangement for the half opening angle alpha equal to 90 degrees, consisting of an M-system with ball-shaped characteristic and an S-system with Achtersrichtcharakteristik. -
FIG. 6 represents a classic MS arrangement for half the opening angle Alpha equal to 53 degrees, consisting of an M-system with kidney characteristics and an S-system with Achtersrichtcharakteristik. -
FIG. 7 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha equal to 45 degrees, consisting of an M-system with Achterrichtcharakteristik and an S-system with Achterrichtcharakteristik. -
FIG. 8 represents a classic MS arrangement for the half opening angle Alpha equal to 33.5 degrees, also consisting of an M-system with Achtersrichtcharakteristik and an S-system with Achterrichtcharakteristik. -
FIG. 9 represents an extension of the functional principle of European application no.06008455.5 -
FIG. 10 represents a circuit under Considering a fictitious half-opening angle alpha, a monophonic audio signal is converted into MS signals that can be stereophonised. -
FIG. 11 exemplifies the principle of operation of the invention for a signal with omnidirectional characteristic, which includes a left fictitious opening angle alpha and a right fictitious opening angle beta, in a classical MS arrangement due to the use of a 90 degrees to the left symmetric to the main axis system Achtrichtcharakteristik for the S signal can not occur. -
FIG. 12 exemplifies the principle of operation of the invention for a cardioid signal. -
FIG. 13 exemplifies the principle of operation of the invention for a signal with hypercardioid characteristic. -
FIG. 14 exemplifies the principle of operation of the invention for a signal with Achtersrichtcharakteristik. -
FIG. 15 illustrates a circuit according to the subject invention, which, taking into account the acceptance angle Phi, a left fictitious opening angle alpha, a right fictitious Öffungswinkels beta and one, the directional characteristic of the M signal descriptive angle-dependent pole distance f a monophonic audio signal into MS signals that are stereophonize. -
FIG. 16 represents a variant to the circuit ofFIG. 15 wherein, for the pickup angle Phi, the left fictitious opening angle alpha and the, the directional characteristic of the M signal descriptive angle-dependent pole distance f must apply to theexpression
not equal to zero or element of a zero environment. -
FIG. 17 represents a further variant to the circuit ofFIG. 15 in which the angle .delta. to the angle β must be the angle of acceptance Phi, the right fictitious aperture angle .beta., and the angle-dependent pole distance f describing the directional characteristic of the M signal must have theexpression
not equal to zero or element of a zero environment. -
FIG. 18 represents the parameters t i , P i ( t i) ofFIG. 19 represents. -
FIG. 19 FIG. 3 illustrates the flowchart of a method according to the subject invention, taking into account the pickup angle Phi, a left fictitious opening angle alpha, a right fictitious opening angle beta and an angle-dependent pole spacing f describing the directional characteristic of the M signal at sufficiently small intervals [ t i , t i +1 ] converts a monophonic audio signal into MS signals that can be stereophonised.
Den Stand der Technik hinsichtlich des Funktionsprinzips einer Vorrichtung oder eines Verfahrens zur Stereophonisierung eines monophonen Signals mit Kugelcharakteristik skizziert
Bei einer Umgewichtung der Pegel, bei der das Eingangssignal unmittelbar dem simulierten linken Signal zugeordnet wird, ergibt sich für eine Schaltung, die ein monophones Eingangssignal in MS-Signale überführt, welche sich stereophonisieren lassen, das Schaltbild der
Die Beschaffenheit der intern verarbeiteten Signale stellt
Zur Ableitung winkelabhängig operierender Vorrichtungen oder Methodiken zur Gewinnung eines pseudostereophonen Audiosignals wird zunächst die klassische MS-Matrizierung für verschiedene halbe Öffnungswinkel 2α und unterschiedliche Richtcharakteristiken des M-Systems betrachtet. Allen Methodiken ist aufgrund der Symmetrie des nach links um 90 Grad gedrehten S-Systems zur Hauptachse des M-Systems ein ebenfalls symmetrisch zur Hauptachse angeordneter Öffnungswinkel 2α eigen, der sich aus den Schnittpunkten der sich überlagernden Polardiagramme des M-Systems bzw. S-Systems errechnet.To derive angle-dependent devices or methodologies for obtaining a pseudostereophonic audio signal, first of all the classical MS-matrixing for different half-aperture angles 2α and different directional characteristics of the M-system is considered. Due to the symmetry of the S system rotated to the left by 90 degrees to the main axis of the M system, all methodologies have an opening angle 2α which is also symmetrical to the main axis and which is formed by the intersections of the overlapping polar diagrams of the M system or S system calculated.
So stellt etwa
Eine Erweiterung des Funktionsprinzips, das sich aus
Die zugehörige, gegenüber der Schaltung der
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf ein Hauptsignal mit Kugelcharakteristik:Application of the subject invention to a main signal with omnidirectional characteristic:
Ein erstes Anwendungsbeispiel für die Erfindung, bezogen auf ein monophones Audiosignal mit Kugelcharakteristik zeigt
Der Erfindungsgegenstand führt demnach zur Betrachtung zur Hauptachse des zu stereophonisierenden monophonen Audiosignals möglicherweise unsymmetrischer fiktiver Öffnungswinkel α+β.Accordingly, the subject invention possibly leads to viewing the main axis of the monophonic audio signal to be stereophonised possibly asymmetrical fictitious aperture angle α + β.
Im Detail betrachtet, besteht die Anordnung aus einer Schallquelle 1101, die von einem Monomikrophon 1102 mit kugelförmiger Richtcharakteristik aufgenommen wird, wobei die Mikrophonhauptachse 1103 und die Peilachse 1104 der Schallquelle den Winkel Phi (1105) einschliessen. Im weiteren wird ein fiktiver linker Öffnungswinkel Alpha parametrisiert (1106) sowie ein fiktiver rechter Öffnungswinkel Beta (1107), wobei - sofern die Schallquelle links von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤α gelten muss oder - sofern die Schallquelle rechts von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ψ≤β. Im weiteren ist für Alpha und Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).In detail, the arrangement consists of a
Alpha bestimmt nunmehr exakt die geometrische Positionierung 1108 des simulierten linken Signals S(Alpha) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1102 und 1108 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Alpha sein muss) und und Beta exakt die geometrische Positionierung 1109 des simulierten rechten Signals S(Beta) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1102 und 1109 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Beta sein muss), welche summiert das simulierte Seitensignal ergeben. Die Laufzeitdifferenz L(Alpha) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte linke Signal stellt 1110 dar, der Pegel P(Alpha) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1101 und 1112 (Pegelkorrektur unter Berücksichtigung der mit dem Quadrat der Distanz abnehmenden Schallintensität). Die Laufzeitdifferenz L(Beta) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte rechte Signal stellt 1111 dar, der Pegel P(Beta) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1101 und 1113.Alpha now determines exactly the
Trigonometrisch ergeben sich demnach folgende Verzögerungszeiten L(Alpha), L(Beta) bzw. Verstärkungsfaktoren P(Alpha), P(Beta) (die, um eine nicht eingeschränkte Wahl von Phi, Alpha und Beta zu ermöglichen, auf die, das simulierte Seitensignal S ergebenden, Signale S(Alpha) und S(Beta) anzuwenden sind):
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf ein Hauptsignal mit Nierenrichtcharakteristik (
Die hier betrachtete Anordnung besteht aus einer Schallquelle 1201, die von einem Monomikrophon 1202 mit nierenförmiger Richtcharakteristik aufgenommen wird, wobei die Mikrophonhauptachse 1203 und die Peilachse 1204 der Schallquelle den Winkel Phi (1205) einschliessen. Im weiteren wird ein fiktiver linker Öffnungswinkel Alpha parametrisiert (1206) sowie ein fiktiver rechter Öffnungswinkel Beta (1207), wobei wiederum - sofern die Schallquelle links von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤α gelten muss oder - sofern die Schallquelle rechts von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤β. Im weiteren ist wiederum für Alpha und Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen ebenfalls gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).The arrangement under consideration here consists of a
Alpha bestimmt gemeinsam mit der nunmehrigen Richtcharakteristik für das Hauptsignal exakt die geometrische Positionierung 1208 des simulierten linken Signals S(Alpha) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1202 und 1208 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Alpha sein muss) und Beta ebenfalls gemeinsam mit der hier betrachteten Richtcharakteristik exakt die geometrische Positionierung 1209 des simulierten rechten Signals S(Beta) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1202 und 1209 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Beta sein muss), welche summiert das simulierte Seitensignal ergeben. Die Laufzeitdifferenz L(Alpha) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte linke Signal stellt 1210 dar, der Pegel P(Alpha) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1201 und 1212 (Pegelkorrektur unter Berücksichtigung der mit dem Quadrat der Distanz abnehmenden Schallintensität). Die Laufzeitdifferenz L(Beta) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte rechte Signal stellt 1211 dar, der Pegel P(Beta) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1201 und 1213.Alpha determines together with the now-directional characteristic for the main signal exactly the
Wiederum lassen sich folgende Verzögerungszeiten L(Alpha), L(Beta) bzw. Verstärkungsfaktoren P(Alpha), P(Beta) unter Berücksichtigung des, die Nierenrichtcharakteristik des M-Signals beschreibenden, vom Polarwinkel ψ abhängigen Polabstands
trigonometrisch errechnen (wobei die Verstärkungsfaktoren - um eine nicht eingeschränkte Wahl von Phi, Alpha und Beta in Bezug auf die Richtcharakteristik zu ermöglichen - auf die, das simulierte Seitensignal S ergebenden, Signale S(Alpha) und S(Beta) anzuwenden sind):
trigonometrically (with the gain factors - to allow unrestricted choice of phi, alpha, and beta with respect to the directional characteristic) to the, simulated side signal S, signals S (alpha) and S (beta) are to be applied):
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf ein Signal mit Hypernierencharakteristik (
Die Anordnung besteht aus einer Schallquelle 1301, die von einem Monomikrophon 1302 mit hypernierenförmiger Richtcharakteristik aufgenommen wird, wobei die Mikrophonhauptachse 1303 und die Peilachse 1304 der Schallquelle den Winkel Phi (1305) einschliessen. Im weiteren wird erneut ein fiktiver linker Öffnungswinkel Alpha parametrisiert (1306) sowie ein fiktiver rechter Öffnungswinkel Beta (1307), wobei neuerlich - sofern die Schallquelle links von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤α gelten muss oder - sofern die Schallquelle rechts von der Hauptachse einzuordnen ist - die Beziehung ϕ≤β. Wiederum ist für Alpha und Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).The arrangement consists of a sound source 1301, which is picked up by a monomicrophone 1302 with hypercardioid polar pattern, with the microphone
Alpha bestimmt wiederum gemeinsam mit der Hypernierencharakteristik des Hauptsignals exakt die geometrische Positionierung 1308 des simulierten linken Signals S(Alpha) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1302 und 1108 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Alpha sein muss), Beta gemeinsam mit der Hypernierenrichtcharakteristik exakt die geometrische Positionierung 1309 des simulierten linken Signals S(Beta) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1302 und 1309 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Beta sein muss), welche summiert das simulierte Seitensignal ergeben. Die Laufzeitdifferenz L(Alpha) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte linke Signal stellt 1310 dar, der Pegel P(Alpha) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1301 und 1312 (Pegelkorrektur unter Berücksichtigung der mit dem Quadrat der Distanz abnehmenden Schallintensität). Die Laufzeitdifferenz L(Beta) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte rechte Signal stellt 1311 dar, der Pegel P(Beta) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1301 und 1313.Alpha in turn together with the hypercardioid characteristic of the main signal exactly determines the
Die Verzögerungszeiten L(Alpha), L(Beta) bzw. Verstärkungsfaktoren P(Alpha), P(Beta) sind (unter Berücksichtigung des, die Hypernierenrichtcharakteristik des M-Signals beschreibenden, vom Polarwinkel ψ abhängigen Polabstands
(wobei n den Wert 1,5 annimmt) trigonometrisch zu errechnen (wobei die Verstärkungsfaktoren - um eine nicht eingeschränkte Wahl von Phi, Alpha und Beta in Bezug auf die Richtcharakteristik zu ermöglichen - auf die, das simulierte Seitensignal S ergebenden, Signale S(Alpha) und S(Beta) anzuwenden sind):
(where n is 1.5) to be trigonometrically calculated (where the amplification factors - to allow unrestricted choice of Phi, Alpha and Beta with respect to the directional characteristic - are applied to the signals S (alpha ) and S (beta)):
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf Signale mit weiteren Sonderformen einer Nierencharakteristik:Application of the subject invention to signals with other special forms of a cardioid characteristic:
Weist das zu stereophonisierende Eingangssignal Sonderformen der Nierencharakteristik auf, lassen sich die entsprechende Laufzeitdifferenzen L(Alpha) und L(Beta) bzw. Verstärkungsfaktoren P(Alpha) und P(Beta) aus den Formeln (29) bis (32) leicht errechnen. Für n gilt dabei: 0≤n≤2.If the input signal to be stereophonised has special forms of the cardioid characteristic, the corresponding transit time differences L (alpha) and L (beta) or amplification factors P (alpha) and P (beta) from the formulas (29) to (32) can be easily calculated. 0≤ n ≤2: this is true for n.
Nimmt n den Wert 1 an, ergeben sich die Verstärkungsfaktoren bzw. Laufzeitdifferenzen für ein Eingangssignal mit klassischer Nierenrichtcharakteristik, für den Wert 0 jene für ein Eingangssignal mit Kugelrichtcharakteristik, für den Wert 2 jene für ein Eingangssignal mit klassischer Achterrichtcharakteristik. Nimmt n den Wert 1,25 an, ergeben sich die Laufzeitdifferenzen bzw. Verstärkungsfaktoren für ein Eingangssignal mit Supernierencharakteristik.If n is 1, the gain factors or propagation time differences result for an input signal with a classical refractive index characteristic, for the
Die Anwendung der Formel (28a) auf den Polarabstand f, die zum Formelapparat (29) bis (32) führt, erweist sich demnach als besonders günstig. Es ist nur noch der Parameter n festzulegen, um nahezu sämtliche möglichen Richtcharakteristiken für das M-Signal, ausgedrückt in Polarkoordinaten, zu beschreiben (ausgenommen die Keulencharakteristik, die bei steigender Frequenz zunehmend andere Polarkoordinaten aufweist, als sie (28a) darzustellen vermag).The application of the formula (28a) to the polar distance f, which leads to the formula apparatus (29) to (32), proves to be particularly favorable. All that remains to be determined is the parameter n to describe almost all possible directional characteristics for the M signal, expressed in polar coordinates (except for the lobe characteristic, which has increasingly different polar coordinates with increasing frequency than it is able to represent (28a)).
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf ein Signal mit Achterrichtcharakteristik:Application of the subject invention to a signal with Achterrichtcharakteristik:
Alpha bestimmt gemeinsam mit der Achterrichtcharakteristik des Hauptsignals exakt die geometrische Positionierung 1408 des simulierten linken Signals S(Alpha) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1402 und 1408 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Alpha sein muss), Beta gemeinsam mit der Achterrichtcharakteristik exakt die geometrische Positionierung 1409 des simulierten rechten Signals S(Beta) (gemäss dem Prinzip, dass die Distanz von 1402 und 1409 gleich dem, die Richtcharakteristik des Hauptsignals beschreibenden, Polabstand für den Winkel Beta sein muss), welche summiert das simulierte Seitensignal ergeben. Die Laufzeitdifferenz L(Alpha) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte linke Signal stellt 1410 dar, der Pegel P(Alpha) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1401 und 1412 (Pegelkorrektur unter Berücksichtigung der mit dem Quadrat der Distanz abnehmenden Schallintensität). Die Laufzeitdifferenz L(Beta) gegenüber dem Hauptsignal für das simulierte rechte Signal stellt 1411 dar, der Pegel P(Beta) des simulierten Signals ermittelt sich aus dem Pegel des Hauptsignals, multipliziert mit dem Quadrat der Distanz von 1401 und 1413. Der zugehörige Formelapparat für die Verzögerungszeiten L(Alpha), L(Beta) bzw. die Verstärkungsfaktoren P(Alpha), P(Beta) ist den Gleichungen (7) bis (10) zu entnehmen, bzw. den Gleichungen (29) bis (32), sofern n gleich 2 ist (wobei die Verstärkungsfaktoren - um eine nicht eingeschränkte Wahl von Phi, Alpha und Beta in Bezug auf die Richtcharakteristik zu ermöglichen - auf die, das simulierte Seitensignal S ergebenden, Signale S(Alpha) und S(Beta) anzuwenden sind).Alpha, together with the achterrichtcharakteristik the main signal exactly the
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf eine Schaltung zur Stereophonisierung eines Monosignals:Application of the subject of the invention to a stereo-phononization circuit of a mono signal:
Ableitungen von Schaltungen, die unter leichten Einschränkungen äquivalente Signale liefern:Derivatives of circuits that provide equivalent signals with slight restrictions:
Aus
nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist. Die in
not equal to zero or element of a zero environment. In the
Zusätzlich muss - sofern ψ≻0 - die Beziehung ϕ≤α gelten, oder - sofern ϕ≺0 - die Beziehung ϕ≤β. Wiederum ist für Alpha bzw. Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen teilweise gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).In addition - if ψ≻0 - the relation φ≤α must apply, or - if φ≺0 - the relation φ≤β. Again, zero or an environment of zero can be excluded for each alpha or beta (since the levels or runtime differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta partly converge towards infinity, ie are technically unrealizable).
Eine zweite Ableitung aus
nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist. Die in
Wiederum muss - sofern ϕ≻0 - die Beziehung ϕ≤α gelten, oder - sofern ϕ≺0 - die Beziehung ϕ≤β. Ebenso ist für Alpha bzw. Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen teilweise gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).A second derivative
not equal to zero or element of a zero environment. In the
Again, if φ≻0 - the relation φ≤α, or - if φ≺0 - the relation φ≤β. In the same way, zero or an environment of zero must be excluded for each alpha or beta (since the levels or runtime differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta partly converge towards infinity, ie are technically unrealizable).
Anwendung des Erfindungsgegenstands auf eine Rechenverfahren zur Stereophonisierung eines Monosignals:Application of the Subject of the Invention to a Computational Method for the Stereophonization of a Mono Signal:
Ein monophones Eingangssignal lässt sich unter Zuhilfenahme eines Koordinatensystems der Form
Für die Laufzeitdifferenzen L(Alpha) und L(Beta) bzw. die Verstärkungsfakoren P(Alpha) und P(Beta) gelten im weiteren wiederum die Gleichungen (3) bis (6).For the time differences L (alpha) and L (beta) or the gain factors P (alpha) and P (beta), the equations (3) to (6) apply in turn.
Errechnet werden ein M-Signal (der Array [Mi (ti )]) sowie ein S-Signal (der Array [Si (ti )]), das sich faktisch aus dem um die Verzögerungszeit L(Alpha) verzögerten Eingangssignal, das anschliessenden um den Verstärkungsfaktor P(Alpha) verstärkt wird, und einem weiteren Signal, das das faktisch um die Verzögerungszeit L(Beta) verzögerte Eingangssignal, anschliessend verstärkt um den Verstärkungsfaktor P(Beta), darstellt, addiert. Der Algoritmus schliesst unzulässige Werte von Alpha und Beta aus. Neuerlich muss - sofern ϕ≻0 - die Beziehung ϕ≤α gelten oder - sofern ϕ≺0 - die Beziehung ϕ≤β. Ebenso ist für Alpha bzw. Beta in jedem Falle Null bzw. eine Umgebung von Null auszuschliessen (da die unter Parametrisierung von Alpha bzw. Beta trigonometrisch errechneten Pegel bzw. Laufzeitdifferenzen gegen Unendlich konvergieren, also technisch nicht realisierbar sind).An M-signal (of the array [ M i ( t i )]) and an S-signal (of the array [ S i ( t i )]) which is in fact calculated from the input signal delayed by the delay time L (alpha) are calculated , which is subsequently amplified by the amplification factor P (alpha), and a further signal which represents the input signal which is actually delayed by the delay time L (beta), and then amplified by the amplification factor P (beta). The algorithm excludes inadmissible values of alpha and beta. Again - if φ≻0 - the relation φ≤α or - if φ≺0 - the relation φ≤β. Likewise, zero or an environment of zero must be excluded for alpha or beta in any case (since the levels or time differences calculated trigonometrically under parameterization of alpha or beta converge towards infinity, ie are technically not feasible).
Ableitungen von zwei Rechenverfahren, die unter leichten Einschränkungen äquivalente Signale liefern:Derivatives of two computational methods that provide equivalent signals with slight restrictions:
Verfahren 1: Sofern algoritmisch gewährleistet bleibt, dass (33) nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist, lässt sich auf ein monophones Eingangssignal für hinreichend kleine Intervalle [ti ,t i+1] ein zu
Verfahren 2: Sofern algoritmisch gewährleistet bleibt, dass (36) nicht gleich Null oder Element einer Umgebung von Null ist, lässt sich auf ein monophones Eingangssignal für hinreichend kleine Intervalle [ti ,t i+1] ebenfalls ein zu
Insgesamt bemerkt, gestatten die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren natürlich auch die Verstärkung des jeweiligen Eingangssignals, bevor eine anschliessende Verzögerung ausgeführt wird.Overall, the devices and methods described, of course, also allow the gain of the respective input signal before a subsequent delay is executed.
Die räumliche Aufschlüsselung einer unter bestimmtem Winkel Phi aufgenommenen Schallquelle hat insbesondere für Telefonsignale grosse praktische Bedeutung. Bei Freisprecheinrichtungen, wie sie etwa in Automobilen oder bei Internet-Telephonie Verwendung finden, wird das abgestrahlte monophone Signal als der realen Gesprächssituation nicht entsprechend empfunden, das Gegenüber erscheint "omnipräsent". Wird jedoch mit zum Stand der Technik gehörenden messtechnischen Methoden der Winkel Phi ermittelt bzw. die Polarkoordinaten funktionell interpoliert (möglich durch algoritmische Betrachtung der Maxima und Minima des Polardiagramms des Eingangssignals), und werden in der Folge der fiktive linke Öffnungswinkel Alpha und der fiktive rechte Öffnungswinkel Beta algoritmisch oder manuell an die Aufnahme- und Hörsituation angepasst, lässt sich etwa unter Verwendung einer (miniaturisierbaren!) Schaltung der Form
Ähnlich lässt sich mit monophonen Tonaufnahmen verfahren, bei denen eine einzelne Schallquelle stereophon reproduziert werden soll bzw. eine Schallquelle monophon und eine weitere stereophon (dies ist möglich, sofern für eine Schallquelle der Winkel Phi gleich Null ist).A similar procedure can be used for monophonic sound recordings in which a single sound source is to be stereophonically reproduced or one sound source monophonic and another stereophone (this is possible if the angle Phi equals zero for a sound source).
Ebenso, sofern die Abbildungsrichtung einer, auf signaltechnischem Wege isolierten, Schallquelle innerhalb eines Stereosichtbildes als zu scharf wahrgenommen wird, lässt sich unter Anwendung des Erfindungsgegenstandes die Abbildungsrichtung graduell dispergieren.Likewise, if the imaging direction of a signal source insulated sound source within a stereo image is perceived as being too sharp, the imaging direction can be gradually dispersed using the subject invention.
Die Formung der Richtcharakteristik des Eingangssignals (punktuell möglich durch Variation der die Richtcharakteristik des Eingangssignals beschreibenden Polarkoordinaten, umfassend möglich beispielsweise über die, zum Stand der Technik gehörende, Anwendung von Kammfiltern in Verbindung mit, auf der Schnellen Fouriertransformation (FFT) basierenden, Methoden) vor Durchlaufen einer Anordnung oder eines Verfahrens gemäss dem Erfindungsgegenstand vermag unter Umständen das Ergebnis noch zu verbessern bzw. für eine Normierung der Richtcharakteristik des Eingangssignals zu sorgen.The shaping of the directional characteristic of the input signal (selectively possible by varying the polar coordinates describing the directional characteristic of the input signal, comprising, for example, the application of comb filters in connection with Fast Fourier Transformation (FFT) based methods, which belongs to the prior art) Going through an arrangement or a method according to the subject invention may possibly improve the result or to provide for a normalization of the directional characteristic of the input signal.
Die Erfindung vermag insgesamt einen entscheidenden Beitrag zur nachträglichen mehrdimensionalen Betrachtung von Signalstrecken zu leisten. Ihre Anwendung bleibt deshalb nicht auf obige Beispiele limitiert.Overall, the invention is able to make a decisive contribution to the subsequent multi-dimensional consideration of signal paths. Your application therefore does not remain limited to the above examples.
Claims (14)
(Figur 15)
(Figure 15)
(Figur 19.1 und 19.2)
(Figures 19.1 and 19.2)
(Figur 16)
(Figure 16)
(Figur 17)
(Figure 17)
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