DE69635853T2

DE69635853T2 - Gerät zur akustischen Korrektur

Info

Publication number: DE69635853T2
Application number: DE69635853T
Authority: DE
Inventors: Arnold Huntington Beach Klayman; Alan D. Tustin Kraemer
Original assignee: SRS Labs Inc
Current assignee: DTS LLC
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2016-07-27
Also published as: BR9609945A; US20060062395A1; HK1057146A1; CZ21398A3; KR19990036009A; EP0756437A2; TW407437B; JP2007336568A; JP4068141B2; EP0756437B1; KR100508848B1; JPH11510340A; US7043031B2; US6718039B1; HK1016404A1; SK9698A3; CN100420345C; MX9800784A; CA2228051A1; CA2228051C

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Audio- bzw. Tonverstärkungssysteme, und insbesondere jene Systeme und Verfahren, die ausgebildet sind, um die Realität einer Stereotonreproduktion zu verbessern. Genauer bezieht sich diese Erfindung auf Vorrichtungen zum Überwinden von akustischen Mängeln bzw. Defekten eines Ton- bzw. Soundsystems, wie es durch einen Hörer wahrgenommen wird, welche resultieren können, wenn Lautsprecher innerhalb des Tonsystems nicht ideal positioniert sind.
Hintergrund der Erfindung
In einer Tonreproduktionsumgebung können verschiedene Faktoren dazu dienen, um die Qualität eines reproduzierten bzw. wiedergegebenen Tons bzw. einer Tonfolge, wie sie durch einen Hörer wahrgenommen wird, zu verschlechtern. Derartige Faktoren unterscheiden die Tonreproduktion von jener einer originalen Tonbühne. Ein derartiger Faktor ist der Ort von Lautsprechern in einer Tonbühne, welche, wenn sie ungeeignet angeordnet sind, zu einer verzerrten Tondruckantwort über das hörbare Frequenzspektrum führen können. Die Anordnung von Lautsprechern beeinflußt auch die wahrgenommene Breite einer Tonbühne. Beispielsweise wirken Lautsprecher als Punktquellen von Ton, was ihre Fähigkeit reduziert, reflektierte bzw. nachhallende Töne bzw. Klänge zu reproduzieren, welche leicht in einer Live-Tonaufführung bzw. -bühne wahrgenommen werden. Tatsächlich ist die wahr genommene Tonaufführungsbreite von zahlreichen Audioreproduktionen auf den Abstand beschränkt, der ein Paar von Lautsprechern trennt, wenn sie vor einem Hörer angeordnet sind bzw. werden. Ein weiterer Faktor, der die Qualität von reproduziertem Ton verschlechtert, kann aus Mikrophonen resultieren, welche Klänge bzw. Töne bzw. Sounds unterschiedlich von der Art aufnehmen, wie das menschliche Hörsystem Töne wahrnimmt. In einem Versuch, die Faktoren zu überwinden bzw. zu vermeiden, welche die Qualität von reproduziertem Ton verschlechtern, wurden zahlreiche Versuche bzw. Anstrengungen getätigt, um die Charakteristika einer Tonreproduktionsumgebung zu verändern, um jene nachzuahmen, die durch einen Hörer in einer Live-Tonaufführung gehört werden.
Einige Anstrengungen bei einer Stereobildverstärkung wurden auf die akustischen Fähigkeiten und Beschränkungen des menschlichen Ohrs fokussiert. Die Hörantwort des menschlichen Ohrs ist empfindlich auf eine Tonintensität, Phasenunterschiede zwischen gewissen Tönen bzw. Klängen, die Frequenz des Tons bzw. der Tonfolge selbst, und die Richtung, von welcher der Ton ausgeht. Trotz der Komplexizität des menschlichen Hörsystems ist die Frequenzantwort des menschlichen Ohrs relativ konstant von Person zu Person.
Wenn Schall- bzw. Tonwellen, die ein konstantes Tondruckniveau über alle Frequenzen aufweisen, zu einem Hörer von einem einzigen Ort gerichtet werden, wird das menschliche Ohr unterschiedlich auf die individuellen Frequenzkomponenten des Tons reagieren. Beispielsweise wird, wenn ein Ton bzw. eine Tonfolge gleichen Tondrucks zu einem Hörer vor dem Hörer gerichtet wird, das Druckniveau, das in dem Ohr des Hörers durch einen Ton von 1000 Hertz erzeugt wird, unterschiedlich von jenem von 2000 Hertz sein.
Zusätzlich zu der Frequenzempfindlichkeit reagiert das menschliche Hörsystem unterschiedlich auf Töne, die auf das Ohr aus verschiedenen Winkeln eintreffen. Spezifisch wird das Tondruckniveau innerhalb des menschlichen Ohrs mit der Ton- bzw. Klangrichtung variieren. Die Form des Außenohres oder der Pinna und des Innenohrkanals sind stark für die Frequenzkonturierung von Tönen als eine Funktion einer Richtung verantwortlich.
Die menschliche Hörantwort ist auf sowohl Azimut- als auch Höhenänderungen eines Tonursprungs empfindlich. Dies ist insbesondere für komplexe Klangsignale richtig, d.h. jene, die mehrere Frequenzkomponenten besitzen und für höhere Frequenzkomponenten bzw. Komponenten höherer Frequenz allgemein. Die Varianz im Tondruck innerhalb des Ohrs wird durch das Hirn interpretiert, um Anzeigen betreffend eines Tonursprungs zur Verfügung zu stellen. Wenn ein aufgezeichneter Ton reproduziert wird, werden die Richtungshinweise zu dem Klangursprung, wie sie durch das Ohr aus einer Klangdruckinformation interpretiert werden, somit von dem tatsächlichen Ort von Lautsprechern abhängig sein, die den Ton reproduzieren.
Ein konstantes Ton- bzw. Klangdruckniveau, d.h. eine "ebene" bzw. "flache" Antwort von Tondruck gegen Frequenz kann an den Ohren eines Hörers von Lautsprechern erhalten werden, die direkt vor dem Hörer positioniert sind. Eine derartige Antwort ist häufig wünschenswert, um ein realistisches Klangbild zu erzielen. Jedoch kann die Qualität eines Satzes von Lautsprechern weniger als ideal sein, und sie können nicht in der akustisch am meisten gewünschten Position angeordnet werden. Beide derartigen Faktoren führen häufig zu unterbrochenen Klangdruckcharakteristika. Ton- bzw. Klangsysteme gemäß dem Stand der Technik haben Verfahren zum "Korrigieren" des Tondrucks geoffenbart, der von Lautsprechern ausgeht, um eine räumlich korrekte Antwort zu erzeugen, wodurch das resultierende Tonbild verbessert wird.
Um eine räumlich korrektere Antwort für ein gegebenes Tonsystem zu erzielen, ist es bekannt, kopfbezogene Übertragungsfunktionen (HRTFs) auszuwählen und an einem Klang- bzw. Tonsignal anzuwenden. HRTFs basieren auf der Akustik des menschlichen Hörsystems. Eine Anwendung eines HRTF wird verwendet, um die Amplituden von Abschnitten des Audio- bzw. Tonsignals einzustellen, um eine räumliche Verzerrung zu kompensieren. Auf HRTF basierende Prinzipien können auch verwendet werden, um ein Stereobild von nicht optimal angeordneten Lautsprechern neu anzuordnen.
Die Anstrengungen, die im Stand der Technik getätigt wurden, um akustische Mängel innerhalb eines Audio- bzw. Tonreproduktionssystems zu korrigieren, haben sich häufig auf die Mängel fokussiert, die in Automobil-Tonsystemen vorhanden sind. Ein derartiger Versuch ist sowohl in U.S. Patent Nr. 4,648,117, ausgegeben an Kunugi et al., und U.S. Patent Nr. 4,622,691, ausgegeben an Tokumo et al. geoffenbart. In den Offenbarungen von Kunugi und Tokumo ist ein System zum Korrigieren von Tonabsorptionsniveaus und zum Vermeiden von Ton- bzw. Klangwelleninterferenz zur Verwendung in einem Fahrzeug beschrieben. Das geoffenbarte System inkludiert bzw. enthält eine Tondruck-Korrekturschaltung und eine Signalverzögerungsschaltung, um die gewünschte Frequenzant wort zu erzielen. Die Tondruckkorrektur wird durch eine Hochfrequenzunterstützung des Tonsignals erzielt, das in drei Stufen bzw. Ebenen angelegt wird. Die erste Stufe ist eine Hochfrequenzkorrektur für den mittleren Tonabsorptionsfaktor eines bestimmten Fahrzeugs, die zweite Hochfrequenzkorrekturstufe ist von dem Tonabsorptionsfaktor eines spezifischen Fahrzeugs abhängig, und der dritte Hochfrequenzkorrekturfaktor ist von der Anzahl von Passagieren abhängig, die in dem Fahrzeug sitzen.
In U.S. Patent Nr. 5,146,507, das an Satoh et al. ausgegeben ist, ist eine Audioreproduktionssystem-Steuer- bzw. -Regelvorrichtung geoffenbart, um die Frequenzantwort einer gegebenen Wiedergabe- bzw. Reproduktionsumgebung zu korrigieren, um mit jener einer Standardfrequenzantwort-Charakteristik übereinzustimmen. Das System in Satoh stellt einen Korrekturparameter für Tonsignale zur Verfügung, die von einem vorderen linken, vorderen rechten, rückwärtigen linken und rückwärtigen rechten Lautsprecher eines Tonfelds, wie in einem Auto gerichtet sind. Vorab gespeicherte akustische Charakteristika bzw. Merkmale, die sich auf Frequenz und Reflexion beziehen, werden verwendet, um die Audioreproduktions-Steuer- bzw. -Regelvorrichtung auf eine Vielzahl von Tonumgebungen zu adaptieren.
Ein weiteres System, das zum Modifizieren einer Frequenzantwortcharakteristik innerhalb eines Autos ausgebildet ist, ist in U.S. Patent Nr. 4,888,809, ausgegeben an Knibbeler geoffenbart. Das System von Knibbeler versucht, eine ebene bzw. flache Frequenzantwort an zwei getrennten, nicht zusammenfallenden Hörpositionen wie der vorderen und rückwärtigen Position in einem Automobilfahrgastraum zu erzeugen, indem ein Paar von Filtereinheiten eingestellt wer den. Jede der Filtereinheiten empfängt ein Eingabesignal und beeinflußt ein Ausgabesignal, das zu einem entsprechenden Tonwandler ausgegeben wird.
Noch andere Patente offenbaren Ton- bzw. Klangsysteme, welche ein Audiosignal ändern, um die Frequenzantwort zu vergleichmäßigen. Derartige Patente beinhalten U.S. Patent Nr. 5,371,799, ausgegeben an Lowe et al., U.S. Patent Nr. 5,325,435, ausgegeben an Date et al, U.S. Patent Nr. 5,228,085, ausgegeben an Aylward, U.S. Patent Nr. 5,033,092, ausgegeben an Sadaie, U.S. Patent Nr. 4,393,270, ausgegeben an van den Berg, und U.S. Patent Nr. 4,329,544, ausgegeben an Yamada.
EP-A2-0357402 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterteilen eines Einzelkanalsignals in zwei Signale und dann Einstellen der differentiellen bzw. Differentialphase und der Amplitude der zwei Signale auf einer frequenzabhängigen Basis.
U.S. Patent Nr. 2,062,275 beschreibt ein Verbreitern von akustischen Stereosignalen.
U.S. Patent Nr. 4,052,560 beschreibt ein System zum Korrigieren einer Verzerrung in elektrischen Signaltransducern bzw. -wandlern unter Verwendung einer Anzahl von Frequenzfiltern, die ausgebildet sind, um nur ein enges Band von Frequenzen durchzulassen, und jeweils mit Mitteln zum individuellen Einstellen der relativen Amplitude ihres zugehörigen Filters ausgestattet sind. Somit kann die Frequenzantwort eines Verstärkers, der mit allen Filtern verbunden ist, in einer Weise geformt werden, um die Frequenzantwort von Lautsprechern zu kompensieren, die mit dem System verbunden sind.
U.S. Patent Nr. 3,921,104 bezieht sich auf parallele Korrekturschaltungen zum Einstellen einer Frequenzantwort in einer Kette einer Audioreproduktion.
WO 93/02503 bezieht sich auf parallele Korrekturschaltungen zum Vergleichmäßigen von Stereosignalen in einer Kette einer Audioreproduktion.
Zusammenfassung der Erfindung
Trotz der Beiträge aus dem Stand der Technik besteht ein Erfordernis für eine Bildkorrekturvorrichtung, welche leicht auf eine Vielzahl von Tonreproduktionsumgebungen adaptiert werden kann, welche verzerrte räumliche Charakteristika aufweisen. Es gibt auch ein Erfordernis für ein derartiges Bildkorrektursystem, welches im Zusammenhang mit einer Bildverstärkungsvorrichtung arbeitet, um räumlich das korrigierte Stereobild zu verstärken.
Die akustische Korrekturvorrichtung, die hierin geoffenbart ist, und die zugehörigen Betriebsverfahren stellen ein verfeinertes und effektives System zum Verbessern eines Ton- bzw. Klangbilds in einer nicht perfekten Reproduktionsumgebung zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
Um ein verbessertes Stereobild zu erzielen, unterteilt eine Bildkorrekturvorrichtung ein eingegebenes bzw. Eingabesi gnal in erste und zweite Frequenzbereiche, welche kollektiv bzw. gemeinsam im wesentlichen das gesamte Tonfrequenzspektrum beinhalten. Die Frequenzantwortcharakteristika des Eingabesignals in dem ersten und zweiten Frequenzbereich werden gesondert korrigiert und kombiniert, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, das eine relativ ebene bzw. flache Frequenzantwortcharakteristik in bezug auf einen Hörer besitzt. Das Niveau einer Frequenzkorrektur, d.h. Tonenergiekorrektur, ist von der Reproduktionsumgebung abhängig und geschneidert, um die akustischen Begrenzungen bzw. Beschränkungen einer derartigen Umgebung zu überwinden. Das Design einer akustischen Korrekturvorrichtung erlaubt eine einfache und unabhängige Korrektur des Eingabesignals in individuellen Frequenzbereichen, um ein räumlich korrigiertes und neu angeordnetes Klang- bzw. Tonbild zu erzielen.
Innerhalb einer Audio- bzw. Tonreproduktionsumgebung können Lautsprecher an einem Ort entfernt von den Ohren eines Hörers angeordnet sein, wodurch nachteilig ein Tonbild beeinflußt wird, das durch den Hörer wahrgenommen wird. Beispielsweise in einem Auto können Lautsprecher zum Produzieren bzw. Erzeugen von niedrigen, mittleren und hohen Bereichen von Audiosignalen in Türpaneelen unter den Ohren des Hörers angeordnet sein bzw. werden. Die akustische Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung ordnet das Tonbild zu einer augenscheinlichen Position nahe dem Niveau des Ohrs des Hörers neu an.
In einigen Audioreproduktionsumgebungen sind die Hochfrequenzwandler oder Tweeter bzw. Hochtonlautsprecher an Orten entfernt von Wandlern des mittleren Bereichs oder niedriger Frequenzen angeordnet, d.h. Mittelbereichs- oder Woofer- bzw. Tieftonlautsprechern. In einem Auto werden Mittelbe reichs-Lautsprecher häufig in Türplatten bzw. -paneelen oder ähnlichen Orten plaziert, die nahe den Schenkeln oder Füßen eines Hörers angeordnet sind. Hochtonlautsprecher können jedoch auf einer Höhe nahe oder über dem Ohrenniveau eines Hörers angeordnet sein, um Interferenzen oder eine Absorption durch umgebende Objekte zu vermeiden. Die kleine Größe von Hochtonlautsprechern erlaubt eine derartige entfernte Anordnung innerhalb eines Fahrzeugs. Wenn Hochtonlautsprecher nahe einem Ohr eines Hörers angeordnet sind, kann das Tondruckniveau an den Ohren des Hörers unter den Hochfrequenzbereichen größer als den entsprechenden Niederfrequenzbereichen sein. Dementsprechend ist die akustische Korrekturvorrichtung so ausgebildet, daß eine Korrektur von Komponenten höherer Frequenz entweder positiv oder negativ sein kann. D.h., die Komponenten höherer Frequenz können entweder geboostet bzw. verstärkt oder gedämpft bzw. geschwächt werden relativ zu einer Komponente niedrigerer Frequenz, um die entfernte Anordnung der Hochtonlautsprecher zu kompensieren.
Durch eine Anwendung der akustischen Korrekturvorrichtung kann ein Stereobild, das von einem Playback eines Tonsignals erzeugt bzw. generiert ist, räumlich korrigiert werden, um zu einer wahrgenommenen Ursprungsquelle zu führen, die eine vertikale und/oder horizontale Position unterschiedlich von der Position der Lautsprecher aufweist. Die exakte Ursprungsquelle, die durch einen Hörer wahrgenommen wird, wird von dem Niveau einer räumlichen Korrektur abhängen. Im Zusammenhang mit einem Automobil kann die akustische Korrekturvorrichtung, die hierin geoffenbart ist, im Zusammenhang mit in den Türen montierten Lautsprechern verwendet werden, um eine im wesentlichen ebene Frequenzantwort an einem Ohr eines Benutzers zur Verfügung zu stel len. Eine derartige Antwort wird ein augenscheinliches Stereobild erzeugen, das vor dem Hörer etwa auf dem Ohrniveau positioniert ist.
Sobald ein wahrgenommener Sound- bzw. Tonursprung durch eine Korrektur einer räumlichen Verzerrung erhalten ist, kann das korrigierte Tonsignal verstärkt werden, um ein expandiertes Stereobild zur Verfügung zu stellen. Eine Stereobildverstärkung eines neu angeordneten Audiobilds zieht akustische Prinzipien eines menschlichen Hörens in Betracht, um den Hörer in einen realistischen Tonbereich einzuhüllen. In diesen Tonreproduktionsumgebungen, wo eine Hörposition relativ festgelegt ist, wie dem Inneren eines Autos ist die Größe bzw. das Ausmaß einer Stereobildverstärkung, die an dem Audiosignal angewandt ist, teilweise durch die aktuelle Position der Lautsprecher in bezug auf den Hörer bestimmt.
Eine Audiokorrekturvorrichtung ist auf ein Autotonsystem eines Fahrzeugs für ein räumliches Verstärken eines Stereobilds, das durch das Autotonsystem projiziert ist, in bezug auf einen Hörer adaptierbar, der in einem Fahrersitz des Fahrzeugs sitzt. Das Fahrzeug hat auch einen Passagiersitz im vorderen Abschnitt und das Autoklangsystem umfaßt ein Paar von Lautsprechern, die in einer entsprechenden fahrerseitigen Türe und einer passagierseitigen Türe des Fahrzeugs angeordnet sind, wobei die Lautsprecher unter einem Paar von Ohren des Hörers angeordnet sind.
Die Audiokorrekturvorrichtung umfaßt eine Stereobildkorrekturschaltung, die mit dem Autoklangsystem verbunden ist, um ein Stereotonsignal zu empfangen, wobei das Stereotonsignal eine Audioverzerrung in bezug auf den Hörer zeigt, wenn es durch die Lautsprecher gespielt wird, wobei die Bildkorrekturschaltung Komponenten des Stereoklangsignals modifiziert, um ein korrigiertes Tonsignal zu generieren, wobei das korrigierte Tonsignal die Tonverzerrung kompensiert, um ein offensichtliches Tonbild für den Hörer zur Verfügung zu stellen, wenn das korrigierte Stereoklangsignal durch die Lautsprecher gespielt wird.
Zusätzlich umfaßt die Audiokorrekturvorrichtung darüber hinaus eine Stereobildverstärkungsschaltung, die das korrigierte Stereotonsignal für ein Verbreitern des offensichtlichen bzw. augenscheinlichen Tonbilds empfängt, wobei die Stereobildverstärkungsschaltung das Stereoklangsignal modifiziert, um ein räumlich verstärktes Tonsignal für ein Playback bzw. Rückspielen durch die Lautsprecher zu generieren, wobei die Bildverstärkungsschaltung Mittel zum Isolieren des Stereoinformationsinhalts des Stereoklangsignals umfaßt, einen Equalizer bzw. Gleichrichter zum Anlegen eines Niveaus einer Amplitudenverstärkung an den Stereoinformationsinhalt als eine Funktion der Frequenz, wobei das Niveau einer Verstärkung durch eine maximale Verstärkung unter 200 Hertz gekennzeichnet ist und durch eine minimale Verstärkung zwischen 1 kHz und 5 kHz gekennzeichnet ist, und Mittel zum Kombinieren des Stereoinformationsinhalts mit dem Stereosignal, um das räumlich verstärkte Ton- bzw. Klangsignal zu erzeugen.
Die Stereobildkorrekturschaltung unterteilt ein hörbares Frequenzspektrum in einen Niedrigfrequenzbereich bzw. Bereich niedriger Frequenz und einen Hochfrequenzbereich bzw. Bereich hoher Frequenz relativ zu dem Niedrigfrequenzbereich, wobei die Bildkorrekturschaltung Komponenten des Stereoklangsignals in dem Niederfrequenzbereich unabhängig von Komponenten in dem Hochfrequenzbereich modifiziert.
Die Verzerrung resultiert aus einer Anordnung der Lautsprecher in der Tür, wodurch die Lautsprecher zu entsprechenden Seiten des Hörers zeigen bzw. gerichtet sind, wobei die Lautsprecher durch einen Winkel einer Klang- bzw. Tondispersion gekennzeichnet sind, so daß die Ohren des Hörers im wesentlichen außerhalb des Winkels einer Tonverteilung bzw. -dispersion angeordnet sind.
Ein Playback bzw. Abspielen des räumlich verstärkten Klangsignals durch die Lautsprecher hat einen augenscheinlichen Effekt eines Drehens des augenscheinlichen Tonbilds zu dem Hörer, und wobei die minimale Verstärkung des Stereoinformationsinhaltssignals eine Funktion der Position des Lautsprechersystems in bezug auf den Hörer ist. Alternativ resultiert die Verzerrung aus den Ton- bzw. Klangabsorptionscharakteristika eines Inneren des Fahrzeugs.
Eine Audioverstärkungsvorrichtung wirkt auf linke und rechte Stereoeingabesignale ein, die durch eine Stereoreproduktionsvorrichtung für ein Playback bzw. Abspielen durch ein Lautsprechersystem zur Verfügung gestellt sind, das einen festen Ort innerhalb einer Audioreproduktionsumgebung aufweist, wobei die Verstärkungsvorrichtung die Stereoeingabesignale modifiziert, um ein verbessertes Stereobild zu erhalten, indem akustische Beschränkungen kompensiert werden, die erzeugt werden, wenn die Eingabesignale durch das Lautsprechersystem innerhalb der Audioreproduktionsumgebung reproduziert werden. Die Audioverstärkungsvorrichtung umfaßt eine Stereobildkorrekturschaltung, die die linken und rechten Stereoeingabesignale empfängt und die Eingabesignale modifiziert, um energiekorrigierte linke und rechte Stereosignale zu generieren bzw. zu erzeugen, wobei die energiekorrigierten linken und rechten Stereosignale eine korrigierte räumliche Antwort erzeugen, wenn sie durch das Lautsprechersystem gespielt wird und durch einen Hörer in der Audioreproduktionsumgebung gehört wird, wobei die korrigierte räumliche Antwort ein offensichtliches bzw. augenscheinliches Klangbild in bezug auf den Hörer erzeugt, um eine realistische und neu gerichtete Klangerfahrung für den Hörer zu erhalten.
Die Audioverstärkungsvorrichtung umfaßt darüber hinaus eine Stereobildverstärkungsschaltung, die die energiekorrigierten linken und rechten Stereosignale empfängt und verstärkte linke und rechte Stereosignale generiert, um das augenscheinliche Tonbild zu verstärken, um ein verbessertes Tonbild zur Verfügung zu stellen, das durch den Hörer wahrgenommen wird, wenn die verstärkten linken und rechten Stereosignale durch das Lautsprechersignal reproduziert werden, und wobei die energiekorrigierten linken und rechten Signale durch eine erste Differenzsignalkomponente gekennzeichnet sind, die den Unterschied bzw. die Differenz zwischen den energiekorrigierten linken und rechten Signalen repräsentiert, und die verstärkten linken und rechten Stereosignale durch eine zweite Differenzsignalkomponente gekennzeichnet sind, welche den Unterschied zwischen den verstärkten linken und rechten Signalen repräsentiert, wobei die zweite Differenzsignalkomponente selektiv in bezug auf die erste Differenzsignalkomponente vergleichmäßigt ist.
Die akustischen Beschränkungen können eine Funktion des festgelegten Orts des Lautsprechersystems in bezug auf den Hörer sein. Zusätzlich sind die akustischen Beschränkungen inhärente Charakteristika des Lautsprechersystems. Alternativ kann das augenscheinliche Tonbild durch einen Azimut und eine Höhe in bezug auf den Hörer unterschiedlich von jenem des Lautsprechersystems definiert sein bzw. werden.
Die akustischen Beschränkungen können eine Funktion des festgelegten Orts des Lautsprechersystems in bezug auf den Hörer und eine Funktion von Ton- bzw. Klangabsorptionscharakteristika der Audioreproduktionsumgebung sein. Alternativ ist die korrigierte räumliche Antwort durch Tondruckenergieniveaus gekennzeichnet, welche im wesentlichen konstant über alle hörbaren Frequenzen über 100 Hz in bezug auf den Hörer sind.
Die Stereobildkorrekturschaltung kann eine erste Korrekturschaltung zum Modifizieren von Komponenten der linken und rechten Eingabesignale innerhalb eines ersten Frequenzbereichs, um eine erste korrigierte Stereosignalkomponente zu erzeugen, eine zweite Korrekturschaltung für ein getrenntes Modifizieren von Komponenten der linken und rechten Eingabesignale innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs, um eine zweite korrigierte Stereosignalkomponente zu erzeugen, und Mittel zum Kombinieren der ersten und zweiten korrigierten Stereosignalkomponente umfassen, um die energiekorrigierten linken und rechten Signale zu generieren.
Die Mittel zum Kombinieren können auch entsprechende der Eingabesignale mit den ersten und zweiten korrigierten Stereosignalkomponenten kombinieren, um die energiekorrigierten linken und rechten Signale zu generieren. Alternativ umfaßt die erste korrigierte Signalkomponente Signale, die Frequenzen zwischen etwa 100 Hz bis 1 kHz aufweisen, und die zweite korrigierte Stereosignalkomponente umfaßt Si gnale, die Frequenzen zwischen etwa 1 kHz und 10 kHz aufweisen.
Die zweite korrigierte Stereosignalkomponente kann durch die Energiekorrekturschaltung geschwächt bzw. gedämpft werden. Die zweite Korrekturschaltung kann die Eingabesignalkomponenten innerhalb des zweiten Frequenzbereichs verstärken, um die zweite korrigierte Stereosignalkomponente zu generieren, wobei die Mittel zum Kombinieren weiterhin einen Schalter umfassen, der eine erste Position und eine zweite Position aufweist, wobei die zweite korrigierte Stereosignalkomponente zu der ersten korrigierten Stereosignalkomponente durch die Mittel zum Kombinieren addiert bzw. hinzugefügt wird, wenn sich der Schalter in der ersten Position befindet, und die zweite korrigierte Stereosignalkomponente von der ersten korrigierten Stereosignalkomponente subtrahiert wird, wenn sich der Schalter in der zweiten Position befindet.
Die Stereobildverstärkungsschaltung kann auch einen Equalizer zum Ändern einer Frequenzantwort des ersten Differenzsignals umfassen, um das zweite Differenzsignal zu erzeugen, indem eine perspektivische Equalizing- bzw. Gleichrichtungskurve an das erste Differenzsignal angelegt wird, wobei die perspektivische Equalizing- bzw. Vergleichmäßigungskurve durch einen Wendepunkt einer maximalen Verstärkung gekennzeichnet ist, der an einer Frequenz einer maximalen Verstärkung innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von etwa 100 bis 200 Hertz auftritt, und die Kurve durch einen Wendepunkt einer minimalen Verstärkung gekennzeichnet ist, der an einer Frequenz einer minimalen Verstärkung innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs von etwa 1680 bis 5000 Hertz auftritt.
Die maximale Verstärkung kann innerhalb eines Bereichs von etwa 10 bis 15 dB liegen und die minimale Verstärkung ist innerhalb eines Bereichs von etwa 0 bis 10 dB. Die maximale Verstärkung, die Frequenz maximaler Verstärkung, die minimale Verstärkung und die Frequenz minimaler Verstärkung können von dem festgelegten Ort des Lautsprechersystems in bezug auf den Hörer abhängig sein. Zusätzlich ist die perspektivische Equalizingkurve eine Funktion eines Winkels, der zwischen (1) dem Pfad des Klangs des direkten Felds, der von dem Lautsprechersystem ausgeht und auf ein benachbartes Ohr des Hörers auftritt, und (2) einer Ebene parallel zu der Vorwärtssichtlinie des Hörers ausgebildet wird.
Die Audioverstärkungsvorrichtung kann in digitalem Format durch einen Digitalsignalprozessor implementiert sein. Zusätzlich kann die Audioverstärkungsvorrichtung unter Verwendung von diskreten Schaltkreis- bzw. Schaltungskomponenten implementiert sein. Weiterhin können die linken und rechten Stereoeingabesignale synthetisch von einer monophonen Audiosignalquelle generiert sein. Zusätzlich können die linken und rechten Stereoeingabesignale ein Teil eines zusammengesetzten audiovisuellen Signals sein.
Die Audioverstärkungsvorrichtung kann als eine digitale oder analoge Hybridschaltung konstruiert sein. Alternativ ist das Audioverstärkungssystem in einem Halbleitersubstrat beinhaltet. Zusätzlich ist das Audioverstärkungssystem in einem Mehrchipmodul enthalten.
Zusätzlich ist die Audioreproduktionsumgebung das Innere eines Automobils, das erste und zweite Türplatten aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten eines Fahrers des Autos angeordnet sind und wobei das Lautsprechersystem einen ersten Lautsprecher, der in der ersten Türplatte angeordnet ist, und einen zweiten Lautsprecher umfaßt, der in der zweiten Türplatte angeordnet ist. Alternativ ist die Audioreproduktionsumgebung mit einer elektronischen Tastaturvorrichtung assoziiert, die eine Tastatur aufweist, und wobei das Lautsprechersystem erste und zweite Lautsprecher umfaßt, die mit der elektronischen Tastaturvorrichtung verbunden sind, wobei der erste und zweite Lautsprecher unter der Tastatur angeordnet sind.
Eine Stereoverstärkungsvorrichtung empfängt oder gibt ein Paar von stereophonen linken und rechten Audiosignalen ein und stellt bearbeitete linke und rechte Audiosignale zu einem Lautsprechersystem zur Reproduktion eines Klangbilds entsprechend den bearbeiteten Signalen zur Verfügung. Die Stereoverstärkungsvorrichtung umfaßt Mittel zum selektiven Verändern der Amplitudenniveaus der linken und rechten Tonsignale, um korrigierte linke und rechte Tonsignale zu erzeugen, wobei die korrigierten linken und rechten Tonsignale eine Wahrnehmungsquelle eines Ursprungs des Tonbilds in bezug auf einen Hörer fördern, wenn die korrigierten Signale durch das Lautsprechersystem gespielt werden, wobei die wahrgenommene Ursprungsquelle unterschiedlich von einer tatsächlichen Ursprungsquelle des Tonbilds ist, und Mittel zum Verstärken der korrigierten linken und rechten Audiosignale, um Energie eines reflektierten bzw. nachhaltenden zu betonen, die in den korrigierten linken und rechten Audiosignalen vorhanden ist, wobei die Mittel zum Verstärken die bearbeiteten linken und rechten Tonsignale bilden.
Zusätzlich verstärken die Mittel zum Verstärken der korrigierten Signale gewählte Frequenzkomponenten eines Differenzsignals um vorbestimmte Größen, wobei das Differenzsignal die Größe bzw. das Ausmaß einer Stereoinformation, die in den korrigierten linken und rechten Tonsignalen vorhanden ist, und die vorbestimmten Größen repräsentiert, die als eine Funktion der tatsächlichen Ursprungsquelle des Tonbilds bestimmt sind. Alternativ generiert ein Playback der linken und rechten Tonsignale durch das Lautsprechersystem eine frequenzabhängige Tondruckantwort in bezug auf einen Hörer, und ein Playback bzw. Abspielen der linken und rechten Tonsignale durch ein Lautsprechersystem, das an der wahrgenommenen Quelle des Ursprungs angeordnet ist, generiert eine zweite frequenzabhängige Tondruckantwort in bezug auf den Hörer, wobei die korrigierten linken und rechten Tonsignale die zweite frequenzabhängige Tondruckantwort in bezug auf den Hörer generieren, wenn die korrigierten linken und rechten Audiosignale durch das Lautsprechersystem reproduziert werden.
Zusätzlich umfassen die Mittel zum selektiven Verändern darüber hinaus Mittel zum Unterteilen der stereophonen Audiosignale in Niederfrequenzkomponenten und Hochfrequenzkomponenten, Mittel zum Vergleichmäßigen der Komponenten niedriger und hoher Frequenz, um energiekorrigierte Audiosignale niedriger Frequenz und hoher Frequenz zu generieren, und Mittel zum Kombinieren der energiekorrigierten Audiosignale niedriger und hoher Frequenz, um die korrigierten linken und rechten Audiosignale zu generieren bzw. zu erzeugen.
Zusätzlich sind die Niederfrequenzkomponenten in einem Frequenzbereich von etwa 100 bis 1000 Hz enthalten, und die Hochfrequenzkomponenten sind in einem Frequenzbereich von etwa 1000 bis 10.000 Hz enthalten. Alternativ entsprechen die Niederfrequenzkomponenten einem ersten Frequenzbereich der stereophonen Audiosignale und die Hochfrequenzkomponenten entsprechen einem zweiten Frequenzbereich der stereophonen Audiosignale, wobei die Niederfrequenzkomponenten über den ersten Frequenzbereich verstärkt sind bzw. werden und die Hochfrequenzkomponenten über den zweiten Frequenzbereich geschwächt bzw. gedämpft werden.
Zusätzlich umfassen die Mittel zum Verstärken Mittel zum Generieren eines Summensignals, das die Summe des korrigierten linken Audiosignals des korrigierten rechten Audiosignals repräsentiert, Mittel zum Generieren eines Differenzsignals, das den Unterschied bzw. die Differenz zwischen dem korrigierten linken Audiosignal und dem korrigierten rechten Audiosignal repräsentiert, Mittel zum Verstärken von Komponenten des Differenzsignals innerhalb eines ersten und zweiten Bereichs von Frequenzen relativ zu Komponenten des Differenzsignals innerhalb eines dritten Bereichs von Frequenzen, um ein bearbeitetes Differenzsignal zu erzeugen, wobei der dritte Bereich von Frequenzen größer als der erste Bereich von Frequenzen und kleiner als der zweite Bereich von Frequenzen ist, und Mittel zum Kombinieren des Summensignals und des bearbeiteten Differenzsignals, um das bearbeitete linke und rechte Audiosignal zu erzeugen.
Zusätzlich hat das Differenzsignal einen Wendepunkt einer Frequenz minimaler Verstärkung, der an einer Frequenz minimaler Verstärkung innerhalb des dritten Bereichs von Frequenzen auftritt, wobei der Wendepunkt minimaler Verstärkung als eine Funktion der tatsächlichen Ursprungs quelle des Tonbilds bestimmt ist. Alternativ sind die Komponenten des Differenzsignals innerhalb des ersten, zweiten und dritten Bereichs von Frequenzen alle durch die Mittel zum Verstärken verstärkt.
Eine räumliche Verstärkungsvorrichtung richtet und verstärkt ein stereophones Bild, das von einem Lautsprechersystem stammt, das in einer Audioreproduktionsumgebung angeordnet ist. Die räumliche Verstärkungsvorrichtung umfaßt eine ein akustisches Bild korrigierende Schaltung, die ein Audioeingabesignal empfängt und ein korrigiertes Audiosignal erzeugt, wobei das Audioeingabesignal eine erste Tondruckantwort in bezug auf einen Hörer erzeugt, wenn sie durch das Lautsprechersystem gespielt wird, und wobei das korrigierte Audiosignal eine zweite Tondruckantwort erzeugt, wenn sie durch das Lautsprechersystem gespielt wird, wobei die zweite Tondruckantwort ein augenscheinliches Stereobild entsprechend einem augenscheinlichen Ort des Lautsprechersystems in bezug auf den Hörer erzeugt, und eine Akustikbild-Verstärkungsschaltung, die das korrigierte Audiosignal empfängt und ein verstärktes Audiosignal zur Reproduktion durch das Lautsprechersystem zur Verfügung stellt, wobei das verstärkte Tonsignal in bezug auf das korrigierte Audiosignal vergleichmäßigt ist, um das augenscheinliche Stereobild zu verbreitern.
Zusätzlich ist das korrigierte Audiosignal ein stereophones Signal, umfassend ein Differenzsignal, das die Größe einer Stereoinformation darstellt, die in dem korrigierten Audiosignal vorhanden ist, wobei die Akustikbild-Verstärkungsschaltung das Differenzsignal, um eine Energie eines nachhaltenden Tons in dem korrigierten Audiosignal für ein Ver breitern des augenscheinlichen Stereobilds zu verstärken bzw. zu betonen.
Zusätzlich ist das korrigierte Audiosignal ein stereophones Signal, umfassend ein Differenzsignal, das die Größe einer Stereoinformation darstellt, die in dem korrigierten Audiosignal vorhanden ist, wobei die Akustikbild-Verstärkungsschaltung das Differenzsignal gemäß einem perspektivischen Niveau einer Vergleichmäßigung vergleichmäßigt, um ein bearbeitetes Differenzsignal zu erzeugen, wobei das perspektivische Niveau einer Vergleichmäßigung in bezug auf eine Frequenz des Differenzsignals variiert und durch eine maximale Verstärkung, die an einer Frequenz einer maximalen Verstärkung innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von etwa 100 bis 200 Hertz auftritt, und eine minimale Verstärkung gekennzeichnet ist, die an einer Frequenz einer minimalen Verstärkung innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs von etwa 1680 bis 5000 Hz auftritt, wobei das Niveau einer Vergleichmäßigung unter dem ersten Frequenzbereich und über dem ersten Frequenzbereich zu der Frequenz einer minimalen Verstärkung absinkt bzw. abnimmt, wobei das Niveau einer Vergleichmäßigung weiter über der Frequenz einer minimalen Verstärkung ansteigt. Alternativ sind die maximale Verstärkung und die minimale Verstärkung eine Funktion eines tatsächlichen Orts des Lautsprechersystems relativ zu einem Hörer innerhalb der Audio- bzw. Klangreproduktionsumgebung.
Zusätzlich ist das Niveau einer Vergleichmäßigung des Differenzsignals weiter durch eine Baßabschwächung des Differenzsignals relativ zu der maximalen Verstärkung gekennzeichnet, wobei die Baßabschwächung bzw. -dämpfung unter der Frequenz einer maximalen Verstärkung auftritt und die Baßdämpfung mit einer Reduktion der Differentialsignalfrequenz ansteigt. Alternativ sind die maximale Verstärkung und die minimale Verstärkung auf vorab festgelegten Verstärkungsniveaus festgelegt, wobei die maximale Verstärkung und die minimale Verstärkung von dem Einfallswinkel eines Direktfeldklangs abhängen, der von einem tatsächlichen Ort des Lautsprechersystems herstammt und ein Ohr des Hörers erreicht.
Zusätzlich umfaßt die Akustikbild-Korrekturschaltung ein erstes Filter, das das Audioeingabesignal empfängt und ein erstes gefiltertes Ausgabesignal zur Verfügung stellt, wobei das erste Filter eine Frequenzantwortcharakteristik aufweist, die ein erstes Übergangsband umfaßt, wobei das Audioeingabesignal Amplitudenniveaus aufweist, die durch das erste Übergangsband als eine Funktion der Frequenz modifiziert sind, ein zweites Audiofilter, das das Audioeingabesignal empfängt und ein zweites gefiltertes Ausgabesignal zur Verfügung stellt, wobei das zweite Audiofilter eine Frequenzantwortcharakteristik aufweist, die ein zweites Übergangsband umfaßt, wobei das Audioeingabesignal Amplitudenniveaus aufweist, die durch das zweite Übergangsband als eine Funktion der Frequenz modifiziert sind, und einen Verstärker zum Verstärken der Amplitudenniveaus des ersten und zweiten gefilterten Ausgabesignals und zum Kombinieren des ersten und zweiten gefilterten Ausgabesignals mit dem Audioeingabesignal, um das korrigierte Audiosignal zu generieren, wobei das korrigierte Audiosignal das augenscheinliche Stereobild erzeugt, wenn es durch das Lautsprechersystem reproduziert wird.
Zusätzlich umfaßt das Audioeingabesignal ein linkes Eingabesignal und ein rechtes Eingabesignal, und die Akustik bild-Korrekturschaltung umfaßt eine erste Energiekorrekturvorrichtung, die das linke Eingabesignal zum Verarbeiten des linken Eingabesignals empfängt, um ein korrigiertes linkes Audiosignal zu generieren, wobei die erste Energiekorrekturvorrichtung eine Niederfrequenz-Korrekturschaltung, die das linke Eingangs- bzw. Eingabesignal empfängt und ein korrigiertes niederfrequentes linkes Signal zur Verfügung stellt, wobei die Niederfrequenz-Korrekturschaltung Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals innerhalb eines ersten Frequenzbereichs boostet bzw. verstärkt, eine Hochfrequenz-Korrekturschaltung, die das linke Eingabesignal empfängt und ein korrigiertes linkes Hochfrequenzsignal zur Verfügung stellt, wobei die Hochfrequenz-Korrekturschaltung Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs einstellt, Mittel zum Kombinieren der korrigierten linken Signale niedriger und hoher Frequenz umfaßt, um das korrigierte linke Audiosignal zu erzeugen, und wobei eine zweite Energiekorrekturvorrichtung das rechte Eingabesignal empfängt, um ein rechtes korrigiertes Audiosignal zu generieren.
Die zweite Energiekorrekturvorrichtung umfaßt weiterhin eine Niederfrequenz-Korrekturschaltung, die das rechte Ausgabesignal empfängt und ein korrigiertes niederfrequentes rechtes Signal zur Verfügung stellt, wobei die Niederfrequenz-Korrekturschaltung Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals innerhalb des ersten Frequenzbereichs verstärkt, eine Hochfrequenz-Korrekturschaltung, die das rechte Eingabesignal empfängt und ein korrigiertes hochfrequentes rechtes Signal zur Verfügung stellt, wobei die Hochfrequenz-Korrekturschaltung Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals innerhalb des zweiten Frequenzbereichs einstellt; und Mittel zum Kombinieren des korrigierten rechten Signals niedriger und hoher Frequenz, um das korrigierte rechte Audiosignal zu erzeugen.
Zusätzlich ist die Audioreproduktionsumgebung das Innere eines Autos, wobei das Auto ein Armaturenbrett aufweist, und das augenscheinliche Stereobild von der Richtung des Armaturenbretts zu dem Hörer austritt bzw. stammt. Alternativ ist die Audioreproduktionsumgebung ein Freiluftbereich, und wobei der Hörer an einer Mehrzahl von Orten innerhalb der Audioreproduktionsumgebung angeordnet sein kann.
Zusätzlich umfaßt das Akustikbild-Verstärkungssignal ein erstes summierendes Netzwerk, das korrigierte linke und rechte Audiosignale eingibt, die durch die Akustikbild-Korrekturschaltung zur Verfügung gestellt sind, wobei das erste summierende Netzwerk ein Differenzsignal und ein Summensignal generiert, wobei das Differenzsignal die Menge an Stereoinformation repräsentiert, die in dem korrigierten linken und rechten Audiosignal vorhanden sind, einen Equalizer, der mit dem ersten summierenden Netzwerk verbunden ist, wobei der Equalizer die Frequenzantwort des Differenzsignals modifiziert, um ein bearbeitetes Differenzsignal zu erzeugen, das ein Niveau einer Vergleichmäßigung aufweist, das in bezug auf eine Frequenz des bearbeiteten Differenzsignals variiert.
Das Niveau einer Vergleichmäßigung ist durch eine maximale Verstärkung, die an einer Frequenz einer maximalen Verstärkung zwischen etwa 100 und 200 Hz auftritt, und eine minimale Verstärkung gekennzeichnet, die bei einer Frequenz einer minimalen Verstärkung zwischen etwa 1680 und 5000 Hz auftritt, eine Schwächung eines mittleren Bereichs des Dif ferenzsignals relativ zu der maximalen Verstärkung, wobei die Schwächung bzw. Dämpfung im mittleren Bereich über der Frequenz einer maximalen Verstärkung auftritt und mit einem entsprechenden Anstieg in einer Differenzsignalfrequenz bis zu der Frequenz einer minimalen Verstärkung ansteigt, wobei die Dämpfung des mittleren Bereichs über die Frequenz einer minimalen Verstärkung mit dem Anstieg in der Differenzsignalfrequenz absinkt.
Die Akustikbild-Verstärkungsschaltung umfaßt weiterhin eine Signalmischeinrichtung, die das bearbeitete Differenzsignal empfängt und das bearbeitete Differenzsignal mit dem Summensignal und dem korrigierten linken Audiosignal kombiniert, um ein verstärktes linkes Ausgabesignal zur Reproduktion durch das Lautsprechersystem zu erzeugen, wobei die Signalmischeinrichtung auch das bearbeitete Differenzsignal mit dem Summensignal und dem korrigierten rechten Audiosignal kombiniert, um ein verstärktes rechtes Ausgabesignal zur Reproduktion durch das Lautsprechersystem zu erzeugen.
Eine Akustikenergie-Korrekturvorrichtung zum Modifizieren der Spektraldichte eines Stereosignals zum Überwinden von akustischen Mängeln eines Lautsprechersystems, wenn das Stereosignal durch das Lautsprechersystem reproduziert ist. Die Akustikenergie-Korrekturvorrichtung umfaßt eine Kompensationsschaltung, die das Stereosignal zum Einstellen von Amplituden des Stereosignals empfängt, um eine gewünschte akustische räumliche Antwort in bezug auf einen Hörer zu erhalten, wenn das Stereosignal durch das Lautsprechersystem gespielt ist bzw. wird, wobei die kompensierende Schaltung eine erste Korrekturschaltung, die das Stereosignal empfängt und das Stereosignal als eine erste Funktion einer Frequenz über einen ersten Frequenzbereich ver stärkt, um ein erstes korrigiertes Stereosignal zu erzeugen, eine zweite Korrekturschaltung, die das Stereosignal empfängt und das Stereosignal als eine zweite Funktion der Frequenz über einen zweiten Frequenzbereich einstellt, um ein zweites korrigiertes Stereosignal zu erzeugen, wobei die erste Funktion einer Frequenz unabhängig von der zweiten Funktion einer Frequenz ist, und Mittel zum Kombinieren des ersten und zweiten korrigierten Stereosignals umfaßt, um ein energiekorrigiertes Ausgabesignal zu erzeugen.
Zusätzlich umfaßt der erste Frequenzbereich hörbare Frequenzen unter etwa 1000 Hz, und der zweite Frequenzbereich umfaßt hörbare Frequenzen über etwa 1000 Hz. Alternativ ist bzw. wird das Stereosignal auch mit dem ersten und zweiten korrigierten Stereosignal durch die Mittel zum Kombinieren kombiniert. Das Niveau einer Verstärkung, die durch die erste Korrekturschaltung angelegt bzw. angewandt ist, steigt mit einem entsprechenden Anstieg in der Frequenz.
Zusätzlich verstärkt die zweite Korrekturschaltung das Stereosignal innerhalb des zweiten Frequenzbereichs, wobei die Verstärkung ein Niveau aufweist, das mit einem entsprechenden Anstieg in der Frequenz ansteigt. Alternativ schwächt die zweite Korrekturschaltung das Stereosignal innerhalb des zweiten Frequenzbereichs.
Zusätzlich umfaßt die Akustikenergie-Korrekturvorrichtung weiterhin einen elektronischen Schalter, der das zweite korrigierte Stereosignal empfängt und eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die mit den Mitteln zum Kombinieren verbunden ist, wobei der elektronische Schalter eine erste Position und eine zweite Position aufweist, wobei das erste und zweite korrigierte Stereosignal durch die Mittel zum Kombinieren addiert werden, wenn sich der Schalter in der ersten Position befindet, und das zweite korrigierte Stereosignal von dem ersten korrigierten Stereosignal subtrahiert wird, wenn sich der Schalter in der zweiten Position befindet.
Eine elektronische Vorrichtung erzeugt ein augenscheinliches Klang- bzw. Tonbild aus Tonsignalen, die durch einen akustischen Wandler bzw. Transducer reproduziert sind. Die elektronische Vorrichtung umfaßt ein erstes Filter, das die Tonsignale empfängt und ein erstes gefiltertes Ausgabesignal zur Verfügung stellt, wobei das erste Filter eine Frequenzantwortcharakteristik aufweist, umfassend ein erstes Paßband und ein erstes Übergangsband, wobei die Tonsignale Amplitudenniveaus aufweisen, die durch das erste Übergangsband als eine Funktion der Frequenz modifiziert sind und ein im wesentlichen gleichmäßiges Niveau einer Modifikation innerhalb des Paßbands aufweisen, ein zweites Audiofilter, das die Audiosignale empfängt und ein zweites gefiltertes Ausgabesignal zur Verfügung stellt, wobei das zweite Audiofilter eine Frequenzantwortcharakteristik aufweist, umfassend ein zweites Paßband und ein zweites Übergangsband, wobei die Tonsignale Amplitudenniveaus aufweisen, die durch das zweite Übergangsband als eine Funktion einer Frequenz modifiziert sind und ein im wesentlichen gleichmäßiges Niveau einer Modifikation in dem zweiten Paßband aufweisen, und Verstärkungsmittel zum Verstärken bzw. Boosten der Amplitudenniveaus des ersten und zweiten gefilterten Ausgabesignals und zum Kombinieren des ersten und zweiten gefilterten Ausgabesignals mit den Tonsignalen, um energiekorrigierte Ton- bzw. Klangsignale zu generieren, wobei die energiekorrigierten Klangsignale das augenscheinliche Tonbild erzeugen, wenn sie durch den akustischen Transducer reproduziert werden.
Zusätzlich wird das zweite gefilterte Ausgabesignal durch die Verstärkungsmittel umgekehrt bzw. invertiert, wenn es mit dem ersten gefilterten Ausgabesignal und den Tonsignalen kombiniert wird. Alternativ sind das erste und zweite Audiofilter Hochpaßfilter und das erste Übergangsband weist einen Frequenzbereich zwischen etwa 100 Hz und 1000 Hz auf, und das zweite Übergangsband weist einen Frequenzbereich zwischen etwa 1000 Hz und 10 kHz auf.
Zusätzlich umfaßt die elektronische Vorrichtung weiterhin Mittel zum räumlichen Verstärken der energiekorrigierten Klangsignale, wobei die energiekorrigierten Tonsignale ein linkes energiekorrigiertes Signal und ein rechtes energiekorrigiertes Signal umfassen. Die Mittel zum räumlichen Verstärken umfassen Mittel zum Generieren eines Summensignals, das die Summe der energiekorrigierten linken und rechten Signale repräsentiert, Mittel zum Generieren eines Differenzsignals, das die Differenz zwischen dem energiekorrigierten linken Signal und dem energiekorrigierten rechten Signal repräsentiert, einen Equalizer zum Verstärken von Komponenten des Differenzsignals innerhalb eines zweiten und ersten Bereichs von Frequenzen relativ zu Komponenten des Differenzsignals innerhalb eines dritten Bereichs von Frequenzen, um ein bearbeitetes Differenzsignal zu erzeugen, wobei der dritte Bereich von Frequenzen größer als der erste Bereich von Frequenzen und kleiner als der zweite Bereich von Frequenzen ist, und Mittel zum Kombinieren des Summensignals und des bearbeiteten Differenzsignals, um räumlich verstärkte linke und rechte Ausgabesignale zu erzeugen.
Zusätzlich umfassen die Tonsignale linke und rechte Signale, und die Verstärkungsmittel umfassen einen ersten Verstärker zum Verstärken linker Signalkomponenten der gefilterten Ausgabesignale, und einen zweiten Verstärker zum Verstärken von rechten Signalkomponenten der gefilterten Ausgabesignale, wobei der erste und zweite Verstärker ein variierendes Niveau einer Verstärkung an die gefilterten Ausgabesignale anlegen, wobei das Niveau einer Verstärkung durch erste und zweite, verbundene bzw. gekoppelte variable Widerstände einstellbar ist, wobei die ersten und zweiten verbundenen variablen Widerstände die gefilterten Ausgabesignale zu den Verstärkungsmitteln transferieren.
Ein Verfahren zum Bearbeiten eines Audiosignals kompensiert eine Verzerrung einer Ton- bzw. Klangenergie, wenn das Audiosignal durch Lautsprecher in einem Tonsystem reproduziert ist bzw. wird. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: (a) Erzeugen eines ersten gefilterten Audiosignal, wobei das erste gefilterte Audiosignal durch ein erstes Übergangsband und ein erstes Paßband von Frequenzen gekennzeichnet ist, (b) Erzeugen eines zweiten gefilterten Audio- bzw. Tonsignals, wobei das zweite gefilterte Audiosignal durch ein zweites Übergangsband und ein zweites Paßband von Frequenzen gekennzeichnet ist, (c) Verstärken bzw. Erhöhen von Amplitudenkomponenten des ersten gefilterten Audiosignals als eine Funktion einer Frequenz in dem ersten Übergangsband, (d) Verstärken von Amplitudenkomponenten des ersten gefilterten Audiosignals durch eine festgelegte Größe innerhalb des ersten Paßbands, (e) Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten gefilterten Audiosignals als eine Funktion einer Frequenz innerhalb des zweiten Übergangsbands, (f) Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten gefilterten Audiosignals durch eine festgelegte Größe in dem zweiten Paßband, (g) Kombinieren des verstärkten ersten gefilterten Audiosignals und des modifizierten zweiten gefilterten Audiosignals, um ein räumlich korrigiertes Audiosignal zu erzeugen, um ein korrigiertes Tonbild zu erzeugen, wenn das räumlich korrigierte Audiosignal durch die Lautsprecher reproduziert wird, und (h) räumliches Verstärken des korrigierten Audiosignals, um das korrigierte Tonbild zu verbreitern.
Zusätzlich ist das erste Übergangsband ein Frequenzbereich unter etwa 1000 Hertz, umfaßt das erste Paßband Frequenzen über 1000 Hertz, ist das zweite Übergangsband ein Frequenzbereich von etwa 1000 Hertz bis 10.000 Hertz, und umfaßt das zweite Paßband Frequenzen über etwa 10.000 Hertz. Zusätzlich umfaßt der Schritt eines räumlichen Verstärkens des korrigierten Audiosignals die folgenden Schritte: (a) Generieren eines Differenzsignals, das den Stereoinformationsinhalt des räumlich korrigierten Audiosignals darstellt, und (b) Ändern des Differenzsignals, um ein bearbeitetes Differenzsignal durch ein Anwenden bzw. Anlegen einer perspektivischen Vergleichmäßigungskurve an das Differenzsignal zu erzeugen, wobei die perspektivische Vergleichmäßigungskurve durch einen Wendepunkt einer maximalen Verstärkung gekennzeichnet ist, der an einer Frequenz einer maximalen Verstärkung innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von etwa 100 bis 200 Hertz auftritt, und die Kurve durch einen Wendepunkt einer minimalen Verstärkung gekennzeichnet ist, der bei einer Frequenz einer minimalen Verstärkung innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs von etwa 1680 bis 5000 Hertz auftritt.
Ein Verfahren zum Kompensieren einer akustischen räumlichen Verzerrung, die durch einen Hörer innerhalb einer Audioreproduktionsumgebung wahrgenommen wird, wenn ein Audiosignal durch ein Lautsprechersystem reproduziert ist, das auch in der Reproduktionsumgebung positioniert ist, wird zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: (a) Trennen des Audiosignals in eine erste Gruppe von Signalkomponenten innerhalb eines ersten Frequenzbereichs und eine zweite Gruppe von Komponenten innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs, wobei die erste Gruppe von Signalkomponenten in dem ersten Frequenzbereich unter etwa 1000 Hertz enthalten ist, und die zweite Gruppe von Signalkomponenten in einem zweiten Frequenzbereich über etwa 1000 Hertz enthalten ist, (b) Verstärken von Amplitudenniveaus der ersten Gruppe von Signalkomponenten als eine Funktion einer Frequenz über dem ersten Frequenzbereich, um eine erste modifizierte Gruppe von Signalkomponenten zu erzeugen, (c) Einstellen von Amplitudenniveaus der zweiten Gruppe von Komponenten als eine Funktion einer Frequenz über dem zweiten Frequenzbereich, um eine zweite modifizierte Gruppe von Signalkomponenten zu erzeugen, und (d) Kombinieren der ersten modifizierten Gruppe von Signalkomponenten mit der zweiten modifizierten Gruppe von Signalkomponenten, um ein energiekorrigiertes Audioausgabesignal zu erzeugen.
Zusätzlich wird die zweite modifizierte Gruppe von Signalkomponenten in bezug auf die zweite Gruppe von Signalkomponenten geschwächt. Alternativ umfaßt das Verfahren weiterhin den Schritt eines Verstärkens von Amplitudenniveaus des Audiosignals in dem zweiten Frequenzbereich durch eine im wesentlichen feststehende Größe über den zweiten Frequenzbereich, wobei die feststehende Größe einem maximalen Niveau einer Verstärkung entspricht, die an die erste Gruppe von Signalkomponenten angelegt ist bzw. wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden speziellen Beschreibung davon ersichtlicher werden, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen präsentiert ist, wobei:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Stereobild-Korrekturschaltung ist, die operativ mit einer Stereoverstärkungsschaltung zum Erzeugen eines realistischen Stereobilds von einem Paar von Eingabestereosignalen verbunden ist.
2 ein Diagramm eines Fahrzeugs ist, wie es von der Seite gesehen wird, welches die Anordnung von Lautsprechern in dem Innenabschnitt des Fahrzeugs zeigt.
3 ein Diagramm des Fahrzeugs in 2 ist, wie es von oben gesehen wird, welches die Anordnung von Lautsprechern innerhalb des Innenabschnitts des Fahrzeugs zeigt.
4A eine graphische Darstellung einer gewünschten Charakteristik eines Tondrucks gegenüber Frequenz für ein Audioreproduktionssystem ist.
4B eine graphische Darstellung einer Charakteristik eines Tondrucks gegenüber Frequenz entsprechend einer ersten Audioreproduktionsumgebung ist.
4C eine graphische Darstellung einer Charakteristik eines Tondrucks gegenüber Frequenz entsprechend einer zweiten Audioreproduktionsumgebung ist.
4D eine graphische Darstellung einer Charakteristik eines Tondrucks gegenüber Frequenz entsprechend einer dritten Audioreproduktionsumgebung ist.
5 ein schematisches Blockdiagramm einer Energiekorrekturschaltung ist, die operativ mit einer Stereobildverstärkungsschaltung verbunden ist, um ein realistisches Stereobild von einem Paar von Eingabestereosignalen zu erzeugen.
6A eine graphische Darstellung der verschiedenen Niveaus einer Signalmodifikation ist, die durch eine niederfrequente Korrekturschaltung in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung zur Verfügung gestellt ist.
6B eine graphische Darstellung der verschiedenen Niveaus einer Signalmodifikation ist, die durch eine hochfrequente bzw. Hochfrequenz-Korrekturschaltung zur Verfügung gestellt ist, um Hochfrequenzkomponenten eines Audiosignals in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Komponente zu verstärken.
6C eine graphische Darstellung der verschiedenen Niveaus einer Signalmodifikation ist, die durch eine Hochfrequenzkorrekturschaltung zur Verfügung gestellt ist, um Hochfrequenzkomponenten eines Audiosignals in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung zu schwächen.
6D eine graphische Darstellung einer Korrekturkurve einer zusammengesetzten Energie ist, die die möglichen Bereiche einer Tondruckkorrektur zum Neu- bzw. Wiederanordnen eines Stereobilds zeigt.
7 eine graphische Darstellung verschiedener Niveaus einer Vergleichmäßigung ist, die an ein Audiodifferenzsignal angelegt sind, um verschiedene Größen einer Stereobildverstärkung zu erzielen.
8A ein Diagramm ist, das die wahrgenommenen und tatsächlichen Ursprünge von Klängen darstellt, die durch einen Zuhörer von Lautsprechern gehört werden, die an einer ersten Stelle angeordnet sind.
8B ein Diagramm ist, das die wahrgenommenen und tatsächlichen Ursprünge von Tönen darstellt, die durch einen Zuhörer von Lautsprechern gehört werden, die an einem zweiten Ort angeordnet sind.
9 ein schematisches Diagramm einer Energiekorrekturschaltung zum Ändern des Tondruckniveaus eines Audiosignals über einen breiten Frequenzbereich ist.
10 ein schematisches Diagramm einer Stereobildverstärkungsschaltung zur Verwendung im Zusammenhang mit der Energiekorrekturschaltung von 9 ist.
11 ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausbildung einer Stereobildverstärkungsschaltung zur Verwendung im Zusammenhang mit der Energiekorrekturschaltung von 9 ist.
12 ein schematisches Diagramm einer Baßverstärkungsschaltung zur Verwendung in einer alternativen Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist.
13 ein Diagramm einer ersten alternativen Audioreproduktionsumgebung ist, die für eine Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
14 eine perspektivische Ansicht einer zweiten alternativen Audioreproduktionsumgebung ist, die für eine Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausbildung
Indem zu Beginn auf 1 Bezug genommen wird, ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt, gezeigt. Spezifisch umfaßt eine akustische Korrekturvorrichtung 20 eine Stereobildkorrekturschaltung 22, die mit einer Stereobildverstärkungsschaltung 24 gekoppelt ist. Die Bildkorrekturschaltung 22 gibt ein linkes Stereosignal 26 und ein rechtes Stereosignal 28 ein. Ein bildkorrigiertes linkes Stereosignal L_c und ein rechtes Stereosignal R_c werden zu der Stereobild verstärkungsschaltung 24 entlang von Pfaden 27 und 29 zugeführt. Die Stereobildverstärkungsschaltung 24 bearbeitet die Signale L_c und R_c und stellt ein linkes Ausgangs- bzw. Ausgabesignal 30 und ein rechtes Ausgabesignal 32 zur Verfügung. Die Ausgabesignale 30 und 32 können wiederum mit einer anderen Form einer Signalkonditionierschaltung verbunden sein, oder sie können direkt mit Lautsprechern (nicht gezeigt) verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung werden die Stereobildkorrekturschaltung 22 und die Stereobildverstärkungsschaltung 24 gemeinsam arbeiten, um akustische Mängel bzw. Defekte einer Tonreproduktionsumgebung zu überwinden. Derartige Ton- bzw. Klangreproduktionsumgebungen können so groß wie ein Theaterkomplex oder so klein wie eine tragbare elektronische Tastatur sein. Eine derartige Umgebung, wo die Vorteile der vorliegenden Erfindung insbesondere effektiv sind, ist das Innere eines Fahrzeugs.
Indem nun auf 2 bezug genommen wird, ist ein Fahrzeug 40, das ein Audioreproduktionssystem aufweist, gezeichnet bzw. dargestellt, um in einer seitlich weggeschnittenen Ansicht die inneren Sitzanordnungen und Lautsprecheranordnungen des Fahrzeugs 40 zu zeigen. In ähnlicher Weise sind in 3 dieselben Lautsprecheranordnungen für das Tonreproduktionssystem aus einer Draufsicht gezeigt. Das Innere des Fahrzeugs 40 kann in einem vorderen Abschnitt 42 und einen rückwärtigen Abschnitt 44 unterteilt werden. Das Klangsystem des Fahrzeugs 40 umfaßt bzw. enthält ein Paar von in der Türe montierten Lautsprechern 46, die nahe der Schenkel oder Füße eines Insassen 48 eines vorderen Abschnitts angeordnet sind. In ähnlicher Weise enthält der rückwärtige Abschnitt 44 des Fahrzeugs 40 auch ein Paar von in der Tür montierten Lautsprechern 50. Die Orte der Lautsprecherpaare 46 und 50 innerhalb der Türplatten bzw. -paneele ist eine populäre Wahl von Automobilherstellern. In einigen Fahrzeugen können jedoch die in der Türe montierten Lautsprecher 46 und 50 durch Lautsprecher 52 ersetzt oder ergänzt sein, die auf dem rückwärtigen Paketträger 54 festgelegt sind.
Zusätzlich haben einige Automobilstereosysteme gesonderte Lautsprecherorte, um Klänge bzw. Töne eines mittleren Bereichs oder niedriger Frequenzen an unterschiedlichen Orten als Klänge mit höheren Frequenzen zu reproduzieren. Das Fahrzeug 40 von 2 zeigt ein derartiges Stereosystem. Spezifisch ist ein Paar von Hochfrequenzlautsprechern 56, d.h. Hochtonlautsprecher über dem Benutzer 48 angebracht. Die Montageposition der Lautsprecher 56 ist häufig beabsichtigt, um eine Verzerrung und eine Interferenz von Hochfrequenztönen zu vermeiden, welche von Gegenständen in dem Auto 40 auftreten können. Der Ort der Lautsprecher 56 ist aufgrund der kleinen Größe von Tweetern bzw. Hochtonlautsprechern möglich.
Entfernt von den Lautsprecherpositionen, die in 2 gezeigt sind, gibt es verschiedene andere mögliche Orte, wo Lautsprecher in einem Auto entweder durch einen Hersteller oder durch einen späteren Spezialisten positioniert sein können. Beispielsweise können Lautsprecher innerhalb des Armaturenbretts 55 oder in anderen Bereichen der Türplatten bzw. -tafeln 58 angeordnet werden. Unabhängig von der Art eines Automobilstereosystems oder der Anordnung der Lautsprecher darin ist es wünschenswert, ein frontales Stereobild von dem Stereosystem in bezug auf einen Zuhörer zu erzielen, der in dem Fahrzeug sitzt.
4A zeigt eine graphische Darstellung einer gewünschten Frequenzantwortcharakteristik, die an den Außenohren eines Hörers aufscheint, innerhalb einer Audioreproduktionsumgebung. Die Kurve 60 ist eine Funktion eines Tondruckniveaus (SPL), gemessen in Dezibel gegenüber Frequenz. Wie dies in 4A gesehen werden kann, ist das Tondruckniveau relativ konstant für alle hörbaren Frequenzen. Die Kurve 60 kann aus einer Reproduktion eines rosa Rauschens durch ein Paar von idealen Lautsprechern erzielt bzw. erhalten werden, die direkt vor einem Zuhörer bzw. Hörer auf etwa Ohrniveau angebracht sind. Rosa Rauschen bezieht sich auf einen Klang, der über das Audiofrequenzspektrum abgegeben wird, das eine gleiche Energie pro Oktave aufweist. In der Praxis kann die ebene bzw. flache Frequenzantwort der Kurve 60 in Antwort auf inhärente akustische Beschränkungen von Lautsprechersystemen fluktuieren.
Die Kurve 60 repräsentiert die Ton- bzw. Klangdruckniveaus, welche vor einem Bearbeiten durch das Ohr eines Hörers existieren. Indem zurück zu 2 und 3 gegangen wird, ist die ebene Frequenzantwort, die durch die Kurve 60 repräsentiert ist mit einem Klang konsistent, der zu dem Insassen 48 von dem Ort des Armaturenbretts 55 in der Richtung A austritt, wie dies gezeigt ist. Das menschliche Ohr bearbeitet einen derartigen Ton, wie dies durch die Kurve 60 dargestellt ist, indem seine eigene Hörantwort auf die Klangsignale angelegt wird. Die menschliche Hörantwort wird durch die äußere Pinna und die inneren Kanalabschnitte des Ohrs diktiert.
Leider stellt die Frequenzantwortcharakteristik von zahlreichen Autoklangreproduktionssystemen nicht die gewünschte Charakteristik zur Verfügung, die in 4A gezeigt ist. Im Gegensatz können die Lautsprecher an akustisch unerwünschten Orten angeordnet sein, um anderen ergonomischen Erfordernissen zu genügen. Indem neuerlich auf 2 bezug genommen wird, sind die in der Tür montierten Lautsprecher 46 und 50 an einem angenehmen und nicht störenden Ort angebracht. Jedoch kann in einer derartigen Position ein Klang, der von den Lautsprechern 46 und 50 ausgeht, spektral durch die ledigliche Anordnung der Lautsprecher 46 und 50 in bezug auf den Insassen 48 verzerrt werden. Darüber hinaus können die inneren Umgebungen des Autos 40, wie die Beine des Insassen 48 und die Autositze 45 zu einer Absorption oder Amplitudenverzerrung der resultierenden Tonsignale führen. Eine derartige Absorption, welche häufig unter höheren Frequenzen erscheint, war der Fokus von einigen Audioverstärkungssystemen gemäß dem Stand der Technik.
Als ein Ergebnis von sowohl einer Spektral- als auch Amplitudenverzerrung wird ein Stereobild, das durch den Insassen 48 wahrgenommen wird, räumlich verzerrt, was eine unerwünschte Hörerfahrung zur Verfügung stellt. 4B–4D zeigen graphisch Niveaus einer räumlichen Verzerrung für verschiedene Autoklangreproduktionssysteme. Die Verzerrungscharakteristika, die in 4B–4D dargestellt sind, stellen Klangdruckniveaus dar, die in Dezibel gemessen sind, welche nahe den Ohren eines Hörers vorhanden sind.
Die Frequenzantwortkurve 64 von 4B hat ein abnehmendes Klangdruckniveau bei Frequenzen über etwa 100 Hz. Die Kurve 64 stellt eine mögliche Klangdruckcharakteristik dar, die von Lautsprechern generiert bzw. erzeugt ist, die sowohl Tieftonlautsprecher bzw. Woofer als auch Hochtonlautsprecher bzw. Tweeter enthalten, welche in einem Auto unter einem Hörer montiert bzw. festgelegt sind. Beispielsweise unter der Annahme, daß die Lautsprecher 46 von 2 Hochtonlautsprecher enthalten, kann ein Audiosignal, das lediglich durch derartige Lautsprecher 46 gespielt wird, die Antwort von 4B zeigen. Unter der Annahme, daß die Tondruckantwort von 4B in dem Auto von 2 erhalten wird, wird der Insasse 48 ein resultierendes Klangbild in dem unteren Abschnitt des vorderen Bereichs bzw. Abschnitts 42 lokalisieren.
Die spezielle Neigung, die mit der abnehmenden bzw. absinkenden Kurve 46 assoziiert ist, wird wahrscheinlich variieren und kann bzw. muß nicht vollständig linear sein, in Abhängigkeit von dem Inneren des Autos, der Qualität der Lautsprecher und der exakten Positionierung der Lautsprecher innerhalb der Türplatten bzw. -paneele 58. Beispielsweise wird ein Leder- oder Vinylinneres mehr Audiosignale, insbesondere bei höheren Frequenzen als ein Stoffinneres reflektieren. Das Niveau einer spektralen Verzerrung wird signifikant variieren, wenn die Lautsprecher weiter von einem Hörer und entfernter von ihm positioniert sind.
4C ist eine graphische Darstellung einer Charakteristik 68 eines Tondrucks gegenüber Frequenz, wobei ein erster Frequenzbereich von Audiosignalen spektral verzerrt ist, jedoch ein Bereich höherer Frequenz der Signale nicht verzerrt ist. Die charakteristische Kurve 68 kann von einer Lautsprecheranordnung erzielt werden, die Lautsprecher niedriger bis mittlerer Frequenz, die unter einem Hörer angeordnet sind, und Hochfrequenzlautsprecher aufweist, die nahe oder an dem Ohrniveau eines Hörers angeordnet bzw. positioniert sind. Indem neuerlich auf 2 bezug ge nommen wird, würden derartige Lautsprecher niedriger bis mittlerer Frequenz den Lautsprechern 46 entsprechen, während derartige Hochfrequenzlautsprecher (nicht gezeigt) etwa auf dem Armaturenbrett 55 positioniert sein würden. Mit dieser Anordnung hat die Frequenzantwortkurve 68 ein maximales Amplitudenniveau bei etwa 100 Hz, welches als eine Funktion einer Frequenz bis auf 1000 Hz absinkt. Bei 1000 Hz steigt die Kurve 68 neuerlich auf das maximale Amplitudenniveau an. Der Anstieg im Klangdruckniveau über 1000 Hz ist ein direktes Ergebnis von Hochtonlautsprechern, die in einer nicht behinderten Position vor dem Fahrzeuginsassen 48 angeordnet sind. Das Klangbild, das aus der charakteristischen Kurve 68 resultiert, wird eine niedrigfrequente bzw. Niedrigfrequenzkomponente aufweisen, die unter dem Insassen 48 von 2 positioniert ist, und eine hochfrequente bzw. Hochfrequenzkomponente, die nahe dem Ohrniveau eines Insassen positioniert ist.
4D ist eine graphische Darstellung einer Charakteristik 70 eines Klangdrucks gegenüber Frequenz, die ein reduziertes Klangdruckniveau unter tieferen Frequenzen und ein ansteigendes Klangdruckniveau unter höheren Frequenzen aufweist. Die Charakteristik 70 wird von einer Lautsprecheranordnung erzielt, die Lautsprecher mittlerer bis tiefer Frequenz, die unter einem Hörer angeordnet sind, und Hochfrequenzlautsprecher aufweist, die über einem Hörer angeordnet sind. Eine derartige Anordnung entspricht einem Audiosystem, das die Lautsprecher 46 und 56 von 2 enthält. Indem die Hochtonlautsprecher über dem Ohr in dem Dach eines Autos angeordnet sind, stellt dies einen nicht behinderten und relativ kurzen Pfad direkt zu den Ohren eines Insassen zur Verfügung. Somit kann, wie dies die Kurve 70 von 4D anzeigt, das Tondruckniveau bei Fre quenzen über 1000 Hz signifikant höher als bei niedrigeren Frequenzen sein, was einen nicht erwünschten Audioeffekt für einen in der Nähe befindlichen Hörer bewirkt. Das Ton- bzw. Klangbild, das von der charakteristischen Kurve 70 resultiert, wird eine niederfrequente Komponente, die unter dem Insassen 48 von 2 positioniert ist, und eine hochfrequente Komponente aufweisen, die über dem Insassen 48 angeordnet ist.
Die Audiocharakteristika von 4B–4D stellen verschiedene Ton- bzw. Klangdruckniveaus dar, die in dem vorderen Abschnitt 42 (der in 2 gezeigt ist) erhältlich sind und durch den Insassen 48 gehört werden. In einer Autoreproduktionsumgebung, die einen vorderen und einen rückwärtigen Abschnitt aufweist, ist es möglich, ein Klangbild innerhalb jedes Abschnitts neu einzustellen. Die meisten Autos sind mit gesonderten vorderen und rückwärtigen Kanälen ausgestattet, die eine derartige gesonderte Signalkorrektur ermöglichen. Die Signalkonditionierung, die erforderlich ist, um eine räumliche Verzerrung in dem rückwärtigen Abschnitt 44 zu korrigieren, wird von den speziellen Lautsprecherorten abhängen. Beispielsweise würden die Lautsprecher 50 von 2 im wesentlichen dasselbe Niveau einer räumlichen Korrektur wie das Paar von Lautsprechern 46 erfordern. Dies ist richtig, da die Lautsprecher 46 und 50 in identischen Positionen jeweils in bezug auf einen vorderen Insassen 48 und einen rückwärtigen Insassen angeordnet sind. Wenn jedoch die Lautsprecher des rückwärtigen Kanals aus den nach oben gerichteten bzw. schauenden Lautsprecher 52 bestehen oder diese zusätzlich enthalten, dann wird ein unterschiedliches Niveau einer Konditionierung, falls überhaupt, angelegt bzw. angewandt, um eine räumliche Verzerrung in dem rückwärtigen Hörabteil des Fahrzeugs 40 zu korrigieren.
Die Audioantwortkurven von 4B–4D sind nur einige wenige Beispiele, wie Audiosignale, die an den Ohren eines Hörers vorhanden sind, durch verschiedene Audioreproduktionssysteme verzerrt werden. Das exakte Niveau einer räumlichen Verzerrung bei irgendeiner gegebenen Frequenz wird weit in Abhängigkeit von dem Reproduktionssystem und der Reproduktionsumgebung variieren. Durch eine Anwendung einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung, wie dies hierin diskutiert ist, kann ein geeigneter Ort für ein Lautsprechersystem generiert werden, das durch augenscheinliche Höhen- und Azimutkoordinaten in bezug auf einen festgelegten Hörer definiert ist, welche von jenen von tatsächlichen Lautsprecherorten unterschiedlich sind.
5 offenbart ein detailliertes Blockdiagramm einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung. Eine bevorzugte Ausbildung umfaßt eine Stereobildkorrekturschaltung 22, welche das linke und rechte Stereosignal 26 und 28 eingibt. Die Bildkorrekturschaltung 22 korrigiert die verzerrten spektralen Dichten von verschiedenen Klangsystemen, indem in vorteilhafter Weise das hörbare Frequenzspektrum in eine erste Frequenzkomponente, die relativ niedrigere Frequenzen enthält, und eine zweite Frequenzkomponente unterteilt wird, die relativ höhere Frequenzen enthält. Jedes der linken und rechten Signale 26 und 28 wird gesondert durch entsprechende Niedrigfrequenzkorrekturschaltungen bzw. -schaltkreise 80, 82 und Hochfrequenzkorrekturschaltungen 84 und 86 bearbeitet. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß in einer bevorzugten Ausbildung die Korrekturschaltungen 80 und 82 in einem Bereich einer relativ "nied rigen" Frequenz von etwa 100 bis 1000 Hertz arbeiten werden, während die Korrekturschaltungen 84 und 86 in einem Bereich einer relativ "hohen" Frequenz von etwa 1000 bis 10.000 Hertz arbeiten werden. Dies ist nicht mit der allgemeinen Audioterminologie zu verwechseln, wobei niedrige Frequenzen Frequenzen bis zu 100 Hertz repräsentieren, mittlere Frequenzen Frequenzen zwischen 100 und 4 kHz repräsentieren, und hohe Frequenzen Frequenzen über 4 kHz repräsentieren.
Indem die Komponenten der niedrigeren und höheren Frequenz der Eingangs- bzw. Eingabeaudiosignale getrennt werden, können Korrekturen im Tondruckniveau in einem Frequenzbereich unabhängig von dem anderen ausgeführt werden. Die Korrekturschaltungen 82, 84, 86 und 88 modifizieren die eingegebenen bzw. Eingabesignale 26 und 28, um die spektrale und Amplitudenverzerrung der Eingabesignale nach bzw. bei einer Reproduktion durch die Lautsprecher zu korrigieren. Die resultierenden Signale, gemeinsam mit den ursprünglichen Eingabesignalen 26 und 28, werden an entsprechenden Summierverbindungen 90 und 92 kombiniert. Das korrigierte linke Stereosignal L_c und das korrigierte rechte Stereosignal R_c sind bzw. werden entlang von Ausgaben 94 und 96 zur Verfügung gestellt.
Die korrigierten Stereosignale an den Ausgängen bzw. Ausgaben 94 und 96 können eine flache bzw. ebene, d.h. eine gleichmäßige Frequenzantwort aufweisen, die an den Ohren des Insassen 48 (gezeigt in 2) anlangt. Diese räumlich korrigierte Antwort erzeugt eine augenscheinliche Klangquelle, welche, wenn sie durch die Lautsprecher 46 von 2 gespielt wird, scheinbar direkt vor dem Insassen 48 positioniert ist. Sobald die Klangquelle geeignet bzw. ordnungsgemäß durch eine Energiekorrektur des Audiosignals positioniert ist, konditioniert die Stereoverstärkungsschaltung 24 die Stereosignale, um das Stereobild zu verbreitern, das von der augenscheinlichen Klangquelle ausgeht. Wie dies im Zusammenhang mit 8A und 8B diskutiert wird, kann die Stereobildverstärkungsschaltung 24 eine Einstellung durch eine Stereoorientierungsvorrichtung 130 erfordern, um den tatsächlichen Ort der Klangquelle zu kompensieren.
In einer bevorzugten Ausbildung vergleichmäßigt das Stereoverstärkungssystem 24 die Differenzsignalinformation, die in dem linken und rechten Stereosignal vorhanden ist. Das Stereoverstärkungssystem 24, das hierin geoffenbart ist, ist ähnlich zu jenem, das in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Seriennummer 08/430,751 geoffenbart ist. Entsprechende Stereoverstärkungssysteme zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind auch in U.S. Patent Nr. 4,748,669 und 4,866,774, beide erteilt an Arnold Klayman, geoffenbart, einer derselben Erfinder der Erfindung, die in der vorliegenden Anmeldung geoffenbart ist.
Die Signale L_c und R_c, die entlang der Pfade 94 und 96 übertragen werden, werden durch das Verstärkungssystem 24 eingegeben und zu einem Hochpaßfilter 98 zugeführt. Das Filter 98 kann tatsächlich zwei individuelle Hochpaßfilter beinhalten. Das Filter 98 ist ein vorkonditioniertes Filter, welches ausgebildet bzw. konstruiert ist, um die Baßkomponenten unter etwa 100 Hertz zu reduzieren, welche in unerwünschter Weise in dem Differenzsignal vorhanden sein können. Die Ausgaben von dem Filter 98 werden zu einem Differenzsignalgenerator 100 übertragen. Ein Differenzsignal (L_c – R_c), das den Stereoinhalt des korrigierten lin ken und rechten Eingabesignals darstellt bzw. repräsentiert, wird an einer Ausgabe 102 präsentiert. Die Ausgaben von der Stereobildkorrekturschaltung 22 werden auch direkt zu einem Summensignalgenerator 104 übertragen. Ein Summensignal (L_c + R_c), das die Summe des korrigierten linken und rechten Stereosignals repräsentiert, ist bzw. wird an einer Ausgabe 106 generiert.
Die Summen- und Differenzsignale an den Ausgaben 102 und 106 werden gesonderten Niveaueinstellvorrichtungen 108 bzw. 110 zugeführt. Die Vorrichtungen 108 und 110 sind in idealer Weise Potentiometer oder ähnliche Vorrichtungen variabler Impedanz. Eine Einstellung der Vorrichtungen 108 und 110 wird typischerweise ausgeführt, um das Basisniveau des Summen- und Differenzsignals zu regeln bzw. zu steuern, die in dem Ausgabesignal vorhanden sind. Dies erlaubt es einem Benutzer, das Niveau und den Aspekt einer Stereoverstärkung gemäß der Art des Tons, der reproduziert ist, und Abhängigkeit von den persönlichen Präferenzen bzw. Vorlieben des Benutzers zu schneidern. Ein Anstieg in dem Basisniveau des Summensignals betont die Audioinformation an einer zentralen Stufe, die zwischen einem Paar von Lautsprechern positioniert ist. Im Gegensatz dazu verstärkt bzw. betont ein Anstieg in dem Basisniveau eines Differenzsignals die Umgebungstoninformation, die die Wahrnehmung eines weiteren Klang- bzw. Tonbilds erzeugt. In einigen Audioanordnungen, wo die Musikart und die Systemkonfigurationsparameter bekannt sind, und wo eine händische Einstellung nicht praktisch ist, können die Einstellvorrichtungen 108 und 110 eliminiert werden, wobei dies erfordert, daß die Summen- und Differenzsignalniveaus vorbestimmt und festgelegt sind bzw. werden.
Die Ausgabe der Vorrichtung 110 wird in einen Stereoverstärkungsequalizer 120 an einer Eingabe bzw. einem Eingang 122 zugeführt. Der Equalizer bzw. Gleichrichter 120 formt spektral das Differenzsignal, das an der Eingabe 122 aufscheint, durch ein gesondertes Anlegen eines Tiefpaßaudiofilters 124 und eines Hochpaßfilters 126 an das Differenzsignal. Zusätzlich zu dem Konditionieren, das durch die Filter 124 und 126 zur Verfügung gestellt wird, wird das Niveau des Differenzsignals gesondert durch eine Stereoorientierungsschaltung 130 eingestellt. Ausgabesignale von den Filtern 124, 126 und der Orientierungsschaltung 130 verlassen den Equalizer 120 entlang von Pfade 132, 134 bzw. 136.
Die modifizierten Differenzsignale, die entlang der Pfade 132, 134 und 136 übertragen werden, sind die Komponenten eines bearbeiteten Differenzsignals (L_c – R_c)_p, das entlang einer Ausgabe 140 aufscheint. Das bearbeitete Differenzsignal wird in einen Mischer 142 zugeführt, welcher auch das Summensignal der Vorrichtung 106, ebenso wie die Stereosignale L_c und R_c von den Ausgaben 94 und 96 erhält. Alle diese Signale werden in dem Mischer 142 kombiniert, um ein verstärktes und räumlich korrigiertes linkes Ausgabesignal 30 und rechtes Ausgabesignal 32 zu erzeugen.
Das Konditionieren des linken und rechten Ausgabesignals 30 und 32, die durch die Verstärkungsschaltung 24 zur Verfügung gestellt sind, wird durch die folgenden mathematischen Formeln dargestellt: LOUT = Lc + K1(Lc + Rc) + K2(Lc –Rc)P (1) ROUT = Rc + K1(Lc + Rc) – K2(Lc –Rc)P (2)
Obwohl die Eingabesignale L_c und R_c in den Gleichungen oben idealerweise korrigierte Stereoquellensignale darstellen, können sie auch synthetisch aus einer monophonen Quelle generiert werden. Ein derartiges Verfahren einer Stereosynthese, welche durch die folgende Erfindung verwendet werden könnte, ist in U.S. Patent Nr. 4,841,572 geoffenbart, das ebenfalls an Arnold Klayman ausgegeben ist.
Bildkorrekturcharakteristika
6A–6C sind graphische Darstellungen der Niveaus einer räumlichen Korrektur, die durch "Niedrig"- und "Hoch"-Frequenz-Korrekturschaltungen 80, 82, 84, 86 zur Verfügung gestellt sind, um ein neuangeordnetes Bild zu erhalten, das von bzw. aus einem Paar von Stereosignalen generiert ist.
Indem zu Beginn auf 6A bezug genommen wird, werden mögliche Niveaus einer räumlichen Korrektur, die durch die Korrekturschaltungen 80 und 82 zur Verfügung gestellt sind, als Kurven dargestellt, die unterschiedliche Charakteristika von Amplitude gegenüber Frequenz aufweisen. Das maximale Niveau einer Korrektur oder Verstärkung (gemessen in dB), das durch die Schaltungen 80 und 82 zur Verfügung gestellt ist, ist durch eine Korrekturkurve 150 dargestellt. Die Kurve 150 stellt ein ansteigendes Niveau an Verstärkung innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von etwa 100 Hz und 1000 Hz zur Verfügung. Bei Frequenzen über 1000 Hz wird das Niveau einer Verstärkung auf einem nahezu konstanten Niveau beibehalten. Eine Kurve 152 stellt ein nahezu Nullniveau einer Korrektur dar.
Für die Fachleute ist ein typisches Filter üblicherweise durch Paßband und Stopband von Frequenzen charakterisiert, die durch eine Cutoff- bzw. Grenzfrequenz getrennt sind. Die Korrekturkurven von 6A–6C können, obwohl sie für typische Signalfilter repräsentativ sind, durch ein Paßband, ein Stopband und ein Übergangsband gekennzeichnet werden. Ein Filter, das in Übereinstimmung mit den Charakteristika von 6A konstruiert ist, hat ein Paßband über etwa 1000 Hz, ein Übergangsband zwischen etwa 100 und 1000 Hz und ein Stopband unter etwa 100 Hz. Filter gemäß 6B und 6C haben Paßbänder über etwa 10 kHz, Übergangsbänder zwischen etwa 1 kHz und 10 kHz und ein Stopband unter etwa 1 kHz. Da die Filter, die in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung verwendet werden, nur Filter erster Ordnung sind, sind die Frequenzen, die das Paß-, Stop- und Übergangsband definieren, nur Designziele. Die exakten charakteristischen Frequenzen können signifikant für eine gegebene Schaltung variieren.
Wie dies in 6A–6C gesehen werden kann, ist eine räumliche Korrektur eines Audiosignals durch die Schaltungen 80, 82, 84 und 86 im wesentlichen gleichmäßig innerhalb der Paßbänder, jedoch stark frequenzabhängig innerhalb der Übergangsbänder. Das Ausmaß einer akustischen Korrektur, die an ein Audiosignal angelegt wird, kann als eine Funktion einer Frequenz durch eine Einstellung der Stereobildkorrekturschaltung 22 variiert werden, welche die Neigung der Übergangsbänder von 6A–6C variiert. Als ein Ergebnis wird eine frequenzabhängige Korrektur an einen ersten Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hertz angelegt, und an einen zweiten Frequenzbereich von 1000 bis 10.000 Hertz angelegt. Eine unendliche Anzahl von Korrekturkurven ist durch eine unabhängige Einstellung der Korrekturschaltungen 80, 82, 84 und 86 möglich.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung tritt eine räumliche Korrektur der Stereosignalkomponenten höherer Frequenz zwischen etwa 1000 Hz und 10.000 Hz auf. Eine Energiekorrektur dieser Signalkomponenten kann positiv sein, d.h. verstärkt, wie dies in 6B gezeigt ist, oder negativ, d.h. geschwächt bzw. gedämpft, wie dies in 6C gezeigt ist. Der Bereich einer Verstärkung, der durch die Korrekturschaltungen 84, 86 zur Verfügung gestellt ist bzw. wird, ist durch eine Kurve 160 einer maximalen Verstärkung und eine Kurve 162 einer minimalen Verstärkung gekennzeichnet. Kurven 164, 166 und 168 zeigen noch andere Niveaus einer Verstärkung, welche erforderlich sein können, um räumlich einen Ton zu korrigieren, der von unterschiedlichen Tonreproduktionssystemen stammt.
6C zeigt Energiekorrekturkurven, welche im wesentlichen das Inverse von jenen von 6B sind. Wie zuvor diskutiert, kann eine Dämpfung von Tonsignalen höherer Frequenz in Fällen erforderlich sein, wo Hochtonlautsprecher über einem Hörer und entfernt von den entsprechenden Tieftonlautsprechern oder Mittelbereichs-Lautsprechern angeordnet sind. Die Niveaus einer Schwächung, die von den Schaltungen 84 und 86 erhältlich sind, können von einem maximalen Niveau einer Schwächung, das durch eine Kurve 170 dargestellt ist, zu einem minimalen Niveau einer Schwächung variieren, das durch eine Kurve 172 dargestellt ist. Zwischenliegende Kurven 174, 176 und 178 repräsentieren einige der möglichen Varianten dazwischen.
Da die Korrekturfaktoren niedriger Frequenz und höherer Frequenz, die durch die Kurven von 6A–6C dargestellt sind, miteinander addiert werden, gibt es einen weiten Bereich von möglichen räumlichen Korrekturkurven, die zwi schen den Frequenzen von 100 und 10.000 Hz anwendbar sind. 6D ist eine graphische Darstellung, die einen Bereich von Charakteristika einer zusammengesetzten räumlichen Korrektur zeigt, die durch die Stereobildkorrekturschaltung 22 zur Verfügung gestellt sind. Spezifisch stellt die durchgezogene Kurve 180 ein maximales Niveau einer räumlichen Korrektur dar, bestehend aus einer Kurve 150 (die in 6A gezeigt ist) und der Kurve 160 (die in 6B gezeigt ist). Eine Korrektur von niedrigeren Frequenzen kann von der durchgezogenen Kurve 180 durch den Bereich variieren, der durch θ₁ bezeichnet ist. In ähnlicher Weise kann eine Korrektur von höheren Frequenzen von der durchgezogenen Kurve 180 durch den Bereich variieren, der durch θ₂ bezeichnet ist. Dementsprechend variiert das Ausmaß einer Verstärkung, die an den ersten Frequenzbereich von 100 bis 1000 Hertz angelegt ist, zwischen etwa 0 und 15 dB, während die Korrektur, die an den zweiten Frequenzbereich von 1000 bis 10.000 Hertz angelegt bzw. angewandt ist, von etwa 30 dB bis –15 dB variieren kann.
Bildverstärkungscharakteristika
Indem nun zu dem Stereobildverstärkungsaspekt der vorliegenden Erfindung gegangen wird, ist eine Serie von Kurven einer perspektivischen Verstärkung oder Normalisierung graphisch in 7 dargestellt. Das Signal (L_c – R_c)_p in Gleichungen 1 und 2 oben stellt das bearbeitete Differenzsignal dar, welches spektral gemäß der Frequenzantwortcharakteristik von 7 geformt wurde. Diese Frequenzantwortcharakteristika sind bzw. werden durch den Equalizer 120 angelegt, der in 5 gezeigt ist, und basieren teilweise auf HRTF Prinzipien.
Im allgemeinen verstärkt eine selektive Verstärkung des Differenzsignals jegliche Umgebungs- oder Nachhallklangeffekte, welche in dem Differenzsignal vorhanden sein können, welche jedoch durch intensivere Klänge eines direkten Felds maskiert sind. Diese umgebenden Töne bzw. Umgebungsklänge werden leicht in einer Live-Klangaufführung auf dem geeigneten Niveau wahrgenommen. In einer aufgezeichneten Darbietung sind jedoch die Umgebungsklänge relativ zu einer Livedarbietung abgeschwächt. Indem das Niveau des Differenzsignals, das von einem Paar von linken und rechten Stereosignalen abgeleitet ist, verstärkt wird, kann ein projiziertes Tonbild signifikant verbreitet werden, wenn das Bild von einem Paar von Lautsprechern ausgeht bzw. stammt, die vor einem Hörer angeordnet sind.
Die perspektivischen Kurven 190, 192, 194, 196 und 198 von 7 sind als eine Funktion der Verstärkung gegenüber hörbaren Frequenzen dargestellt bzw. angezeigt, die im logarithmischen Format aufgezeichnet bzw. dargestellt sind. Die unterschiedlichen Niveaus einer Vergleichmäßigung zwischen den Kurven von 7 sind erforderlich, um verschiedenen Audioreproduktionssystemen Rechnung zu tragen. Spezifisch ist in einer bevorzugten Ausbildung das Niveau einer Differenzsignalvergleichmäßigung eine Funktion der tatsächlichen Anordnung von Lautsprechern relativ zu einem Hörer innerhalb eines Audioreproduktionssystems. Die Kurven 190, 192, 194, 196 und 198 zeigen allgemein eine Frequenzkonturierungscharakteristik ähnlicher zu jener, die im Detail in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Serien Nr. 08/430,751 beschrieben ist. D.h. höhere und niedrigere Differenzsignalfrequenzen werden relativ zu einem mittleren bzw. Mittelband von Frequenzen verstärkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist der Bereich für die perspektivischen Kurven von 7 durch eine maximale Verstärkung von etwa 10–15 dB definiert, die bei etwa 125 bis 150 Hz angeordnet ist. Die Werte einer maximalen Verstärkung bezeichnen einen Wendepunkt für die Kurven von 7, wodurch sich die Neigungen bzw. Steigungen der Kurven 190, 192, 194, 196 und 198 von einem positiven Wert auf einen negativen Wert verändern. Derartige Wendepunkte sind bzw. werden als Punkte A, B, C, D und E in 7 gekennzeichnet. Die Verstärkung der perspektivischen Kurven sinkt unter 125 Hz mit bzw. bei einer Rate von etwa 6 dB pro Oktave ab. Über 125 Hz sinkt die Verstärkung der Kurven von 7 ebenfalls ab, jedoch bei verschiedenen Raten zu einem Wendepunkt einer minimalen Verstärkung von etwa –2 bis +10 dB. Die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung variieren signifikant zwischen den Kurven 190, 192, 194, 196 und 198. Die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung sind als Punkte A', B', C', D' bzw. E' markiert. Die Frequenzen, bei welchen die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung auftreten, variieren von etwa 2,1 kHz für die Kurve 190 bis etwa 5 kHz für die Kurve 198. Die Verstärkung der Kurven 190, 192, 194, 196 und 198 steigt über ihre entsprechenden Frequenzen einer minimalen Verstärkung bis zu etwa 10 kHz an. Über 10 kHz beginnt sich die Verstärkung, die durch die perspektivischen Kurven angelegt ist, auszugleichen bzw. gleich zu bleiben. Ein Anstieg in einer Verstärkung wird fortgesetzt, um durch alle Kurven, jedoch bis zu etwa 20 kHz angelegt zu werden, d.h. etwa der höchsten Frequenz, die für das menschliche Ohr hörbar ist.
Die vorhergehenden Verstärkungs- und Frequenzzahlen sind lediglich Designziele und die tatsächlichen Zahlen werden wahrscheinlich von Schaltung zu Schaltung hin abhängig von dem tatsächlichen Wert von verwendeten Komponenten variieren. Darüber hinaus wird eine Einstellung der Signalniveauvorrichtungen 108 und 110 die Werte einer maximalen und minimalen Verstärkung beeinflussen, ebenso wie die Verstärkungstrennung zwischen der Frequenz einer maximalen Verstärkung und der Frequenz einer minimalen Verstärkung.
Eine Vergleichmäßigung des Differenzsignals in Übereinstimmung mit den Kurven von 7 ist gedacht, um den Differenzsignalkomponenten einer statistisch niedrigen Intensität ohne Überbewerten bzw. Überbetonen der Differenzsignalkomponenten höherer Intensität zu verstärken. Die Differenzsignalkomponenten höherer Intensität eines typischen Stereosignals werden in einem mittleren Bereich von Frequenzen zwischen etwa 1 bis 4 kHz gefunden. Das menschliche Ohr hat eine erhöhte Empfindlichkeit für diesen selben mittleren Bereich von Frequenzen. Dementsprechend erzeugen die verstärkten linken und rechten Ausgabesignale 30 und 32 einen bedeutend verbesserten Audioeffekt, da Umgebungsklänge selektiv betont werden, um vollständig einen Hörer innerhalb eines reproduzierten Klangbereichs zu umgeben. Obwohl die gesamte Vergleichmäßigung, die durch die perspektivischen Kurven 190, 192, 194, 196 und 198 angelegt bzw. angewandt ist, unter Verwendung von Hochpaß- und Tiefpaßfiltern des Equalizers 120 erzielt wird bzw. ist, ist es möglich, auch ein Bandzurückweisungsfilter zu verwenden, um dieselbe Signalbearbeitung bzw. -konditionierung zur Verfügung zu stellen. Auch wird eine Implementierung der perspektivischen Kurve durch einen digitalen Signalprozessor in den meisten Fällen genauer die Designbeschränkungen reflektieren, die oben diskutiert sind. Für eine analoge Implementierung ist es akzeptabel, wenn die Frequenzen entsprechend der maximalen und minimalen Verstärkung um plus oder minus 20 Prozent variieren. Eine derartige Abweichung von den idealen Spezifizierungen wird dennoch den gewünschten Stereoverstärkungseffekt produzieren, obwohl mit weniger als optimalen Ergebnissen.
Wie dies in 7 gesehen werden kann, empfangen Differenzsignalfrequenzen unter 125 Hz eine verringerte Menge bzw. Größe an Verstärkung, wenn überhaupt, durch die Anwendung der perspektivischen Kurve 70. Diese Abnahme bzw. dieses Absinken wird beabsichtigt, um eine Überverstärkung von sehr niedrigen, d.h. Baßfrequenzen zu vermeiden. Mit bzw. bei zahlreichen Audioreproduktionssystemen kann ein Verstärken eines Audiodifferenzsignals in diesem Bereich einer niedrigen Frequenz ein unangenehmes und unrealistisches Klangbild erzeugen, das eine zu starke Baßantwort aufweist. Beispiele von derartigen Audioreproduktionssystemen enthalten Nahfeld- und Niedrigleistungs-Audiosysteme, wie Multimedia-Computersysteme, ebenso wie Heimstereosysteme. Eine große Entnahme von Leistung in diesen Systemen kann einen Verstärker veranlassen, während Perioden hoher Verstärkung zu "klippen", oder kann Komponenten der Audioschaltung, enthaltend die Lautsprecher beschädigen. Ein Begrenzen der Baßantwort des Differenzsignals hilft auch, diese Probleme in den meisten Nahfeld-Audioverstärkungsanwendungen zu vermeiden. Weitere akustische Vorteile einer Differenzsignalvergleichmäßigung sind in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Serien Nr. 08/430,751 detailliert.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung ist das Niveau einer Differenzsignalvergleichmäßigung in einer Audioumgebung, die einen stationären Hörer aufweist, von den tatsächlichen Lautsprecherarten und ihren Orten in be zug auf den Hörer abhängig. Die akustischen Prinzipien, die dieser Bestimmung zugrunde liegen, können am besten im Zusammenhang mit 8A und 8B beschrieben werden. 8A und 8B sind gedacht, um derartige akustische Prinzipien in bezug auf Änderungen im Azimut eines Lautsprechersystems zu zeigen.
8A zeigt eine Draufsicht auf eine Ton- bzw. Klangreproduktionsumgebung, die Lautsprecher 200 und 202 aufweist, die geringfügig vor und zu den Seiten eines Hörers 204 zeigend bzw. gerichtet montiert sind. Die Lautsprecher 200 und 202 sind auch unter dem Hörer 204 auf einer Höhenposition ähnlich zu jener der Lautsprecher 46 positioniert bzw. angeordnet, die in 2 gezeigt sind. Referenz- bzw. Bezugsebenen A und B sind mit den Ohren 206, 208 des Hörers 204 ausgerichtet. Die Ebenen A und B sind parallel zu der Sichtlinie des Hörers, wie dies gezeigt ist.
Es wird angenommen, daß ein Ton bzw. Klang, der durch die Lautsprecher 200 und 202 innerhalb der Audioumgebung von 8A reproduziert wird, an einiger spektraler Verzerrung und/oder Amplitudenverzerrung leiden wird, bevor er auf die Ohren 206 und 208 auftrifft. Eine derartige Verzerrung kann beispielsweise durch die Kurve 64 repräsentiert werden, die in 4B gezeigt ist, welche, wenn durch die Lautsprecher 200 und 202 gespielt wird, ein räumlich verzerrtes Bild erzeugt. Durch ein Kompensieren der spektralen Verzerrung durch eine Verwendung der Bildkorrekturschaltung 22 wird ein Audiosignal, das durch die Lautsprecher 200 und 202 gespielt wird, ein augenscheinliches Klangbild zu dem Hörer 204 bringen bzw. fördern. In dem Beispiel von 8A wird das augenscheinliche Klangbild eine unterschiedliche Höhe als die tatsächliche Klangquelle aufweisen. Darüber hinaus wird durch ein Anwenden der Bildverstärkungsaspekte der vorliegenden Erfindung dieses augenscheinliche Klangbild räumlich verstärkt, um das augenscheinliche Bild zu verbreiten bzw. zu erweitern. Das resultierende Bild wird einem verstärkten Bild entsprechen, das von den Lautsprechern 210 und 212 austritt, die strichliert dargestellt sind.
Eine Verstärkung bzw. Vergrößerung des augenscheinlichen Klangbilds wird durch ein selektives Vergleichmäßigen des Differenzsignals erzielt, d.h. die Verstärkung des Differenzsignals wird mit der Frequenz variieren. Die Kurve 190 von 7 stellt das gewünschte Niveau einer Differenzsignalvergleichmäßigung dar, wobei aktuelle bzw. tatsächliche Lautsprecherorte den strichlierten Lautsprechern 210 und 212 entsprechen. Jedoch sind bzw. werden, wenn Lautsprecher nach innen zu einem Hörer zeigen bzw. gerichtet sind, ähnlich den Lautsprechern 200 und 202 von 8A, akustische Wahrnehmungen signifikant verändert, was ein modifiziertes Niveau einer Differenzsignalvergleichmäßigung erfordert. Spezifisch tritt ein Direktfeldklang, der von den Lautsprechern 200 und 202 austritt bzw. stammt, in die Ohren des Hörers 206 und 208 unter einem Winkel θ₁ in bezug auf die Bezugsebenen A und B ein. Wenn die Lautsprecher weiter nach vorne angeordnet sind, nimmt der Winkel θ₁ ab. Indem nun auf 8B bezug genommen wird, ist ein zweites Klangreproduktionssystem gezeigt, das ein Paar von Lautsprechern 214 und 216 aufweist, die nach vorwärts und unter dem Hörer 204 angeordnet sind. In dieser Konfiguration tritt ein Direktfeldklang, der von den Lautsprechern 214 und 216 ausgeht, in die Ohren des Hörers 206 und 208 bei einem Einfallswinkel θ₂ ein, welcher kleiner als θ₁ ist.
Die meisten Lautsprecher können durch einen Dispersionswinkel oder eine Strahlungscharakteristik gekennzeichnet werden, in welchen (r) Klang ausgestrahlt wird. Der Dispersionswinkel für Klänge einer gegebenen Frequenz wird absinken, wenn die Frequenz ansteigt. Als eine Konsequenz beginnt der Hörer 204 aus den normalen Strahlungsaspekten der Lautsprecher 200 und 202 zu fallen, wenn sie nach vorwärts zu den Orten von 8B bewegt werden. Wenn dies auftritt, wird der Hörer 204 zunehmend eine Wahrnehmung eines mittleren Bereichs und oberen Mittelbereichs von Frequenzen verlieren. Darüber hinaus kann dieser Effekt mit kleinen Lautsprechern verstärkt bzw. vergrößert werden, da derartige kleine Lautsprecher typischerweise einen Streuungs- bzw. Dispersionswinkel schmäler bzw. kleiner als große Lautsprecher aufweisen.
Um den Verlust von mittleren bis oberen Mittelbereichen von Audiofrequenzen zu kompensieren, wird die Verstärkung des Differenzsignals entsprechend in demselben Frequenzbereich gefördert bzw. verstärkt. Da bzw. wenn die tatsächliche Position der Lautsprecher 200 und 202 nach vorwärts bewegt wird, muß die Verstärkungskompensation des mittleren Bereichs erhöht werden. Da die perspektivische Vergleichmäßigungskurve 190 relativ dieses selbe mittlere Band von Frequenzen abschwächt, wird das Niveau einer Abschwächung modifiziert, um die nach innen gerichteten Lautsprecher von 8A und 8B zu berücksichtigen. Dementsprechend kann die Kurve 196 von 7 verwendet werden, um räumlich das System von 8B zu verstärken, um die augenscheinliche Quelle von Lautsprechern 218 und 220 zu generieren, während die Kurve 192 ausreichend sein kann, um räumlich das System von 8A zu verstärken. Indem das Differenzsignal unter den Frequenzen des mittleren bzw. Mittelbereichs oder oberen Mittelbereichs verstärkt wird, kann ein augenscheinliches Klangbild geeignet in bezug auf den Hörer 204 ausgerichtet bzw. orientiert werden. Eine geeignete Ausrichtung des Klangbilds hat den augenscheinlichen Effekt, daß die Lautsprecher 200, 202, 214 und 216 nach innen gedreht werden, um einen augenscheinlichen Dispersionsstrahl an den Hörer 204 zu richten.
Stereobildkorrekturschaltung
9 ist ein detailliertes schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausbildung der Stereobildkorrekturschaltung 22. Die Schaltung 22 ist in eine linke Signalkorrekturschaltung 230 und eine rechte Signalkorrekturschaltung 232 unterteilt. Die linke und rechte Korrekturschaltung 230 und 232 sind beabsichtigt, um dieselbe Signalkonditionierung bei bzw. auf ihren entsprechenden Eingangs- bzw. Eingabesignalen 26 und 28 auszuführen. Dementsprechend sollten die Spezifikationen für die linke Korrekturschaltung 230 identisch mit jenen für die rechte Signalkorrekturschaltung 232 sein. Für Zwecke der Einfachheit werden nur die Schaltungsverbindungen und die funktionalen Betätigungen bzw. Vorgänge der rechten Signalkorrekturschaltung 232 erklärt.
Das rechte Stereosignal 28 wird durch die rechte Signalkorrekturschaltung 232 eingegeben und zu einem variablen Widerstand 234 transferiert. Der variable Widerstand 234 oder das Potentiometer ist bzw. wird mit einem ähnlichen variablen Widerstand 236 in der linken Korrekturschaltung 230 verbunden bzw. gekoppelt. Dies ist, um sicherzustellen, daß irgendwelche Einstellungen, die an der rechten Signalkorrekturschaltung 232 getätigt werden, oder umgekehrt, beide Schaltungen 230 und 232 in gleicher Weise betreffen werden. Das rechte Stereosignal wird auch entlang eines Pfads 238 zu einem Anschluß "1" eines Schalters 240 übertragen, welcher in Abhängigkeit von der Position des Schalters 240 als ein Bypaß bzw. eine Zweigleitung arbeitet, die irgendein Vergleichmäßigen des Stereosignals 28 verhindert.
Aus dem variablen Widerstand 234 wird das Eingabesignal mit einem nicht invertierenden Eingang 242 eines ersten Verstärkers 244 verbunden. Der invertierende Eingang 246 wird mit der Erde über einen Widerstand 248 verbunden und wird auch mit einem Ende eines Feedback- bzw. Rückkopplungswiderstands 250 verbunden. Ein entgegengesetztes Ende des Rückkopplungswiderstands 250 wird mit einer Ausgabe bzw. einem Ausgang 252 des Verstärkers 244 verbunden.
Die Ausgabe 252 wird zu drei gesonderten Orten der Schaltung 232 übertragen. Spezifisch wird die Ausgabe bzw. der Ausgang 252 mit Hochpaßfilterschaltungen 258 und 260 verbunden und wird auch mit einer Mischschaltung 264 verbunden. In bezug auf die Schaltung 258 wird das Signal von dem Ausgang 252 durch einen Kondensator 266 zu einem nicht invertierenden Eingang 268 eines Verstärkers 270 übertragen. Der Eingang 268 ist bzw. wird auch mit Erde durch einen Widerstand 272 verbunden. Ein invertierender Eingang 272 des Verstärkers 270 ist sowohl mit der Erde über einen Widerstand 274 verbunden als auch mit einem Ausgang 280 des Verstärkers 270 durch einen Rückkopplungswiderstand 276. Die Filterschaltung 260 ist in ähnlicher Weise zur Schaltung 258 mit Komponenten 284, 286, 288, 290, 292 und 294 konfiguriert.
Der Ausgang 280 und ein entsprechender Ausgang 294 des Verstärkers 288 werden zu einem Paar von variablen Widerständen 282 bzw. 296 zugeführt. Der Widerstand 282 wird mit einem variablen Widerstand 298 der linken Signalkorrekturschaltung 230 verbunden bzw. zusammengeschaltet, während der variable Widerstand 296 in ähnlicher Weise mit einem variablen Widerstand 300 zusammengeschaltet ist. Jeder der Widerstände 282 und 296 hat einen entsprechenden Ausgang 302 und 304.
Die Mischschaltung 264 umfaßt einen Verstärker 306, der einen nicht invertierenden Eingang 308 aufweist, die mit der Erde verbunden ist. Signale, die an den Ausgaben bzw. Ausgängen 302, 304 und 252 zur Verfügung gestellt sind, treten in die Mischschaltung 264 ein und werden zu einem invertierenden Eingang 310 des Verstärkers 306 übertragen. Widerstände 312, 314 und 316 sind jeweils zwischen dem invertierenden Eingang 310 und den Ausgängen 252, 302 und 304 verbunden. Zusätzlich wird das Signal an dem Ausgang 302 zu dem Verstärker 306 über einen Schalter 318 übertragen, welcher ein händischer oder automatischer Auswahlschalter mit zwei Positionen sein kann. Ein Rückkopplungswiderstand 320 verbindet den invertierenden Eingang 310 mit einem Ausgang 322 des Verstärkers 308.
Der Verstärker 324 hat einen nicht invertierenden Eingang 326, der mit Erdpotential verbunden ist, und einen invertierenden Eingang 328, der mit dem Ausgang 322 verbunden ist. Zusätzlich ist der invertierende Eingang mit dem Schalter 318 durch einen Widerstand 330 verbunden. Das Signal an dem Ausgang 302 wird zu dem Eingang 328 über den Widerstand 330 übertragen, wenn der Schalter 318 in einer Position 2 ist. Ein Widerstand 332 und ein Kondensator 334 sind parallel zwischen dem Eingang 328 und einem Ausgang 336 des Verstärkers 324 angeschlossen. Der Ausgang 336 ist wiederum mit einer Position "2" des Schalters 240 verbunden. Der Schalter 240 ist vorzugsweise mit einem ähnlichen Bypass- bzw. Zweigleitungsschalter 338 gekoppelt.
Die linke und rechte Energiekorrekturschaltung 230 und 232 modifizieren Amplitudenkomponenten der eingegebenen bzw. Eingabestereosignale, um ein energiekorrigiertes linkes Stereosignal 340 und ein energiekorrigiertes rechtes Stereosignal 342 zu generieren. Neuerlich wird der Einfachheit halber nur auf eine Erzeugung des energiekorrigierten rechten Signals 342 Bezug genommen. Es kann jedoch leicht erkannt bzw. geschätzt werden, daß dieselben Prinzipien für eine Erzeugung des energiekorrigierten linken Signals 340 gelten.
Im Betrieb wird das Stereosignal 28 der Schaltung 232 eingegeben und durch diese bearbeitet, um verzerrte Tondruckniveaus zu korrigieren, die erzeugt werden, wenn das Signal 28 durch ein Audioreproduktionssystem gespielt wird. Zu Beginn erlaubt der variable Resistor 234 eine Einstellung des Eingabesignalniveaus. Eine derartige Einstellung kann erforderlich sein, um die Gesamtverstärkung der Schaltung 232 zu steuern bzw. zu regeln, oder um in einigen Fällen das Eingabesignal 28 zu verstärken, wenn es signifikant durch einen vorhergehenden Schaltkreis geschwächt wurde. Der Widerstand 234 kann ein standardmäßiges 10 kOhm uhrartiges Potentiometer sein, welche mit dem variablen Widerstand 236 gekoppelt ist.
Der Verstärker 244 ist als ein Spannungsfolger konfiguriert, um als ein Isolationspuffer zwischen dem Eingabe signal 28 und dem Rest der Schaltung 232 zu dienen. Das gepufferte niveaueingestellte Signal, das an der Ausgabe 252 erscheint, wird der Schaltung 258 zugeführt, wo das Signal durch ein Hochpaßfilter einer einzigen Ordnung hindurchgeleitet ist bzw. wird, das eine Eckfrequenz von etwa 5 kHz aufweist. In einer bevorzugten Ausbildung wird das Hochpaßfiltern durch die RC Kombination des Kondensators 266, der eine Impedanz von 3900 Picofarad aufweist, und den Widerstand 272 ausgeführt, der eine Impedanz von 10 kOhm aufweist. Das resultierende hochpaßgefilterte Signal, das an der Eingabe bzw. dem Eingang 268 erscheint, wird durch den Verstärker 270 gepuffert, der bei einer einheitlichen bzw. Einheitsverstärkung arbeitet. Die Amplitude des Signals, das an der Ausgabe 280 erscheint, kann dann durch ein entsprechendes Einstellen des variablen Widerstands 282 erhöht oder verringert werden.
In gleicher Weise gibt die Schaltung 260 das Signal von der Ausgabe 252 ein und be- bzw. verarbeitet das Signal durch die RC Filterkombination des Kondensators 284 und des Widerstands 286. Die Serienverbindung des Kondensators 284 und des Widerstands 286 arbeitet auch als ein Hochpaßfilter, jedoch mit einer Eckfrequenz von etwa 500 Hz. Dies wird durch ein Wählen einer Impedanz von 0,022 Mikrofarad für den Kondensator 284 und eines Widerstands von 10 kOhm für den Widerstand 286 erzielt. Das gefilterte Eingabesignal wird dann durch den Verstärker 288 gepuffert und dem niveaueinstellenden variablen Widerstand 296 zugeführt.
Die gefilterten Signale, welche aus den Widerständen 282 und 296 austreten, werden der Mischschaltung 264 entlang von Pfaden 302 bzw. 304 zugeführt. Zusätzlich wird das ursprüngliche Signal 28, das nur durch eine Verstärkungs einstellung beeinflußt ist, auch dem Mischer 264 über den Widerstand 312 zugeführt. Der Mischer kombiniert alle drei eingegebenen Signale, um ein energiekorrigiertes Ausgabesignal zu generieren.
Verschiedene Niveaus von räumlicher Korrektur, wie sie in 6A–6C dargestellt sind, werden durch eine Einstellung der gekoppelten bzw. zusammengeschalteten Widerstandspaare 296/300 und 282/298 erzielt bzw. erhalten. Spezifisch können die Korrekturkurven niedrigerer Frequenz von 6A durch ein Messen der Verstärkung an der Ausgabe 336 erhalten werden, während der variable Resistor 282, welcher eine Korrektur höherer Frequenz beeinflußt, auf ein Minimum gesetzt ist. In dieser Festlegung wird der Schalter 318 geerdet sein, und keine Korrektur der höheren Frequenzen wird auftreten. Dementsprechend wird der Bereich einer Korrektur einer niedrigeren Frequenz durch ein Einstellen des Widerstands 296 erzielt. Auf diese Weise kombiniert der invertierende Verstärker 306 das gefilterte Signal an dem Pfad 304 mit dem ursprünglichen Signal von der Ausgabe 52. Die Kurve 152 von 6A stellt eine Einheitsverstärkung dar, wodurch die Schaltung 232 lediglich das Eingabesignal 28 ohne irgendeine räumliche Korrektur durchleitet. Dies resultiert, wenn der Widerstand 296 auf null Impedanz gesetzt ist, wodurch der Eingang 310 des Verstärkers 306 geerdet wird. Wenn das Niveau des Widerstands 296 erhöht wird, wird mehr des gefilterten Signals zu dem ursprünglichen Signal hinzugefügt, das eine räumliche Korrektur in dem Bereich von 100 bis 1000 Hz zur Verfügung stellt. Wenn der Widerstand 296 auf einen maximalen Widerstand festgelegt ist, wird eine volle räumliche Korrektur unter den niedrigeren Frequenzen erzielt, wie dies durch die Kurve 150 von 6A ersichtlich ist bzw. nachgewiesen wird.
Die Kurven von 6B stellen jene dar, die durch ein Eliminieren von irgendeiner Korrektur erhalten werden, die durch die Schaltung 260 angewandt ist, d.h. Festlegen des Widerstands 296 auf Null Impedanz und Halten des Schalters 318 in Position 1, wie gezeigt. Eine Einstellung des variablen Widerstands 282 stellt die gewünschte Verstärkung unter höheren Frequenzen dar, wie dies graphisch in 6B dargestellt ist. Im Gegensatz dazu wird eine Schwächung der höheren Frequenzen, wie dies graphisch durch 6C dargestellt ist, durch ein Festlegen des Schalters 318 in Position 2 erhalten. In dieser Position wird die Ausgabe von der Filterschaltung 258 zu einem gesonderten invertierenden Verstärker 324 zur Verfügung gestellt. Die Verstärker 306 und 324 kombinieren dann die gefilterten Signale von den Pfaden 302 und 304 in sukzessiven und invertierten Stufen. Spezifisch werden das Signal von Pfad 304 und das Signal von dem Ausgang 252 zuerst durch den Verstärker 306 kombiniert. Das resultierende Signal an dem Ausgang 322, welches nun invertiert ist, wird dann mit der Ausgabe von dem Widerstand 282 kombiniert.
Wenn sie durch den Verstärker 306 kombiniert sind, wird die Verstärkung der gefilterten Signale von den Pfaden 302 und 304 relativ zu dem Eingabesignal durch das Impedanzverhältnis der Feedbackwiderstände 320 und 332 mit den Widerständen 314 und 316 bestimmt. Für die meisten Audioreproduktionsumgeben, die verzerrte Tondruckniveaus aufweisen, können diese Widerstände festgelegt werden, um ein maximales Verstärkungsverhältnis von etwa 3 : 1 für die gefilterten Signale zu dem Eingabesignal zur Verfügung zu stellen. In einer bevorzugten Ausbildung werden die Widerstände 320 und 332 eine Impedanz von etwa 10 kOhm aufweisen, während die Widerstände 314 und 316 eine Impedanz von etwa 3,32 kOhm aufweisen werden. Durch eine Einstellung der variablen Widerstände 282 und 296 und durch eine Auswahl des Schalters 318 können alle Niveaus einer räumlichen Korrektur, die in 6D dargestellt sind, erhalten werden.
Die Schaltung von 9 stellt nur eine bevorzugte Ausbildung einer Stereobildkorrekturschaltung dar. Es kann durch einen Fachmann erkannt werden, daß Variationen in dem Design der Schaltung 22 aufgrund von spezifischen Reproduktionsumgebungen gemacht werden können, ohne von dem beabsichtigten Rahmen der Erfindung abzugehen. Beispielsweise können die Energiekorrekturfrequenzbereiche von 0,1–1 kHz (Korrektur "niedriger" Frequenz) und 1 kHz–10 kHz (Korrektur "hoher" Frequenz) durch eine Auswahl von RC Impedanzkombinationen in den Filterschaltungen 258 und 260 variiert werden. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, drei oder mehr derartige Energiekorrekturfrequenzbereiche zu besitzen. Es sollte auch festgehalten werden, daß der Kondensator 334 gedacht ist, um eine Oszillation in der Schaltung 22 zu verhindern, welche aus einer Streukapazität resultieren kann, die in einer diskreten Implementierung vorhanden ist. Der Kondensator 334 muß nicht in einem PC Board oder einer Halbleiterimplementierung der Schaltung 22 erforderlich sein.
Stereobildverstärkungsschaltung
10 ist ein schematisches Diagramm der Stereobildverstärkungsschaltung 24. Die Schaltung 24 ist konstruiert bzw. ausgebildet, um das Stereobild des korrigierten linken und rechten Signals L_c und R_c zu erweitern bzw. zu verbreitern. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbil dung wird das energiekorrigierte linke Signal 340 einem Widerstand 350, einem Widerstand 352 und einem Kondensator 354 zugeführt. Das energiekorrigierte rechte Signal 342 wird einem Kondensator 356 und Widerständen 358 und 360 zugeführt.
Der Widerstand 350 ist mit einem nicht invertierenden Anschluß 362 eines Verstärkers 366 verbunden. Derselbe Anschluß 362 ist auch mit dem Widerstand 360 und einem Widerstand 368 verbunden. Der Verstärker 366 ist als ein summierender Verstärker konfiguriert, der einen invertierenden Anschluß 370 aufweist, der mit Erde über einen Widerstand 372 verbunden ist. Ein Ausgang 374 des Verstärkers 366 ist mit dem invertierenden Anschluß 370 über einen Rückkopplungswiderstand 376 verbunden. Ein Summensignal (L_c + R_c), das die Summe des linken und rechten Signals 340 und 342 repräsentiert, wird an der Ausgabe 374 generiert und einem Ende eines variablen Widerstands 378 zugeführt, welcher an einem gegenüberliegenden Ende geerdet ist. Für ein geeignetes bzw. ordnungsgemäßen Summieren der Signale 340, 342 durch den Verstärker 366 sind die Werte der Widerstände 350, 360, 368 und 376 in einer bevorzugten Ausbildung etwa das Doppelte jener des Widerstands 372.
Ein zweiter Verstärker 380 ist als ein "Differenz"-Verstärker konfiguriert. Der Verstärker 380 hat einen invertierenden Anschluß 382, der mit einem Widerstand 384 verbunden ist, welche wiederum in Serie mit dem Kondensator 354 verbunden ist. In ähnlicher Weise empfängt der positive Anschluß 386 des Verstärkers 380 das Signal 340 durch die Serienverbindung eines Widerstands 388 und des Kondensators 356. Der Anschluß 386 ist auch mit Erde über einen Widerstand 390 verbunden. Ein Ausgabeanschluß 392 des Ver stärkers 380 ist mit dem invertierenden Anschluß durch einen Rückkopplungswiderstand 394 verbunden. Der Ausgang 392 ist auch mit einem variablen Widerstand 396 verbunden, welcher wiederum mit Erde verbunden ist. Obwohl der Verstärker 380 als ein "Differenz"-Verstärker konfiguriert ist, kann seine Funktion als das Summieren des rechten Eingabesignals mit dem negativen linken Eingabesignal gekennzeichnet sein, um ein Differenzsignal (L_c – R_c) zu generieren. Dementsprechend bilden die Verstärker 366 und 380 ein summierendes Netzwerk zum Generieren eines Summensignals bzw. eines Differenzsignals.
Die zwei in Serie verbundenen RC Netzwerke, umfassend Elemente 354/384 und 356/388, arbeiten als Hochpaßfilter, welche die sehr niedrigen oder Baßfrequenzen der Eingabesignale L_c und R_c schwächen. Diese RC Filter entsprechen der Vorrichtung 98 von 5. Um die geeignete Frequenzantwort gemäß der Equalizer- bzw. Vergleichmäßigungskurve von 7 zu erhalten, sollte die Grenzfrequenz w_c, oder –3 dB Frequenz, für die Vorrichtung 98 etwa 100 Hz sein. Dementsprechend werden in einer bevorzugten Ausbildung die Kondensatoren 354 und 356 eine Kapazität von 0,1 Mikrofarad besitzen und die Widerstände 384, 388 werden eine Impedanz von etwa 33,2 kOhm besitzen. Dann wird durch ein Wählen der Werte für den Rückkopplungswiderstand 394 und den Schwächungswiderstand 390, so daß:
die Ausgabe bzw. der Ausgang 392 das Differenzsignal darstellt, das durch eine Verstärkung von zwei verstärkt ist. Die Phase des Signals an der Ausgabe 392 wird tatsächlich invertiert, wobei das Signal R_c – L_c zur Verfügung gestellt wird.
Die spezielle Phase des Differenzsignals ist relevant, wenn die Endausbildung des Ausgabesignals bestimmt wird. Wie dies in der Technik üblich ist, bezeichnet eine Verwendung des Ausdrucks "Differenzsignal" hierin sowohl L_c – R_c als auch R_c – L_c, welche lediglich 180 Grad außer Phase sind. Wie dies durch einen Fachmann geschätzt werden wird, könnte der Verstärker 380 so konfiguriert sein, daß das "linke" Differenzsignal L_c – R_c an der Ausgabe 392 erscheint statt R_c – L_c, solange die Differenzsignale an dem linken und rechten Ausgang außer Phase in bezug aufeinander bleiben.
Als ein Ergebnis des Hochpaßfilterns der Eingaben wird das Differenzsignal an der Ausgabe 392 geschwächte Komponenten einer niedrigen Frequenz unter etwa 125 Hz aufweisen, die mit einer Rate von 6 dB pro Oktave absinken. Es ist möglich, die Komponenten niedriger Frequenz des Differenzsignals in dem Equalizer 120 (der in 5 gezeigt ist) zu filtern, anstatt das Filter 98 zu verwenden. Da die Filterkondensatoren bei niedrigen Frequenzen sehr groß sein müssen, ist es jedoch bevorzugt, dieses Filtern an der Eingabestufe auszuführen, um ein Laden des vorhergehenden Schaltkreises zu vermeiden.
Die variablen Widerstände 378 und 396, welche einfache Potentiometer sein können, sind bzw. werden durch ein Anordnen von Schleifkontakten 400 und 402 eingestellt. Das Niveau des Differenzsignals, das in den resultierenden Ausgabesignalen vorhanden ist, kann durch eine händische, entfernte oder automatische Einstellung des Schleifkontakts 402 gesteuert bzw. geregelt werden. In ähnlicher Weise wird das Niveau des Summensignals, das in den verstärkten Ausgabesignalen vorhanden ist, teilweise durch die Position des Schleifkontakts 400 bestimmt. Auf das Festlegen des Kontakts 402 wird durch den Anmelder als die "SPACE" Steuerung bzw. Regelung für das resultierende Klangbild bezeichnet, während die Festlegung des Kontakts 400 die "CENTER" Steuerung bzw. Regelung ist.
Das Summensignal, das an dem Schleifkontakt 400 vorhanden ist, wird zu einem invertierenden Eingang 404 des dritten Verstärkers 406 durch einen in Serie geschalteten Widerstand 408 zugeführt. Dasselbe Summensignal an dem Schleifkontakt 400 wird auch einem invertierenden Eingang 410 eines vierten Verstärkers 412 durch einen gesonderten, in Serie verbundenen bzw. angeschlossenen Widerstand 414 zugeführt. Der Verstärker 406 ist als ein Differenzverstärker mit dem invertierenden Anschluß 404 konfiguriert, der mit Erde durch einen Widerstand 416 verbunden ist. Ein Ausgang 418 des Verstärkers 406 ist auch mit dem invertierenden Anschluß 404 über einen Rückkopplungswiderstand 420 verbunden.
Ein positiver Anschluß 422 des Verstärkers 406 ist eine Summierverbindung für eine Gruppe von Signalen entlang von Signalpfaden 426. Der Anschluß 422 ist auch mit Erde über einen Widerstand 424 verbunden. Das niveaueingestellte Differenzsignal wird von dem Schleifkontakt 402 übertragen und durch Pfade 428, 430 und 432 geteilt bzw. getrennt. Dies resultiert in drei gesondert konditionierten Differenzsignalen, die an Punkten A, B bzw. C aufscheinen. Die Signale an den Punkten A, B und C entsprechen jenen der Ausgaben 132, 136 bzw. 134 von 5. Die konditionierten Differenzsignale an Punkten B und C werden dem positiven An schluß 422 über festgelegte Widerstände 432 und 436, wie gezeigt, zugeführt. Das konditionierte Differenzsignal an Punkt A wird durch einen variablen Widerstand 438 zu dem Anschluß 422 übertragen.
Das Signal am Knoten B repräsentiert eine gefilterte Version des niveaueingestellten Differenzsignals, das über einem Kondensator 444 aufscheint, welcher mit Erde verbunden ist. Das RC Netzwerk des Kondensators 444 und ein Widerstand 446 arbeiten als ein Tiefpaßfilter für das Differenzsignal an dem Schleifkontakt 402. Das Tiefpaßfilter entspricht dem Filter 124 von 5. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausbildung ist die Grenzfrequenz des RC Netzwerks etwa 200 Hz. Eine derartige Grenzfrequenz kann realisiert werden, wenn der Widerstand 446 1,5 kOhm ist, der Kondensator 444 0,47 Mikrofarad ist und der Treiberwiderstand 434 20 kOhm beträgt.
Am Knoten C wird das Differenzsignal durch die RC Kombination eines Widerstands 446, der zwischen dem Knoten C und Erde verbunden ist, und eines Kondensators 448 gefiltert, der zwischen dem Knoten C und dem Schleifkontakt 402 angeschlossen ist. Ein derartiges Filter entspricht dem Hochpaßfilter 126 von 5. Die resultierende Differenzsignalkomponente wird durch den Antriebswiderstand 436 zu dem Anschluß 422 des Verstärkers 406 zugeführt. Das Hochpaßfilter 126 ist mit einer Grenzfrequenz von etwa 7 kHz und einer Verstärkung relativ zu dem Knoten B von –6 dB ausgebildet. Eine derartige Grenzfrequenz kann realisiert werden, wenn der Kondensator 448 eine Impedanz von 4700 Picofarad aufweist und der Widerstand 180 einen Widerstand von 3,74 kOhm aufweist.
Am Punkt A wird das niveaueingestellte Differenzsignal von dem Schleifkontakt 402 zu dem Widerstand 440 ohne selektive Vergleichmäßigung transferiert. Dementsprechend wird das Signal am Punkt A lediglich gleichmäßig über alle Frequenzen geschwächt. Das Signal am Punkt A wird weiter durch die Impedanz des variablen Widerstands 438 geschwächt, welche durch eine Bewegung eines zugehörigen Schleifkontakts 442 eingestellt wird.
Eine Einstellung des variablen Widerstands 438, welcher ein standardmäßiges 100 kOhm Potentiometer sein kann, variiert das Niveau einer Stereoverstärkung, um eine Lautsprecherausrichtung bzw. -orientierung in bezug auf einen Hörer zu korrigieren. Indem der Widerstand des variablen Widerstands 438 abgesenkt wird, wird das Basisniveau des Differenzsignals angehoben. Dies bewirkt einen entsprechenden Amplitudenanstieg in einem Mittelbereich von Frequenzen, um teilweise eine Schwächung dieser Frequenzen durch die Filter 124 und 126 (gezeigt in 5) zu überwinden. Indem neuerlich auf 7 bezug genommen wird, variiert die perspektivische Vergleichmäßigungskurve, die an dem Differenzsignal angelegt ist, von der Kurve 190 zur Kurve 198, wenn die Impedanz des Widerstands 438 absinkt. Auf diese Weise kann das Niveau einer selektiven Differenzsignalvergleichmäßigung teilweise oder im wesentlichen vollständig reduziert werden. D.h., eine Amplitudeneinstellung als eine Funktion der Frequenz wird signifikant über ein mittleres Band von Frequenzen reduziert werden. Eine Auswahl der geeigneten Kurve wird in Übereinstimmung mit akustischen Prinzipien bestimmt, die oben im Zusammenhang mit 8A und 8B diskutiert sind.
Wenn die Stereobildkorrekturschaltung 22 und die Stereobildverstärkungsschaltung 24 in einer bekannten Reproduktionsumgebung angewandt sind bzw. werden, dann können der variable Widerstand 438 und der Widerstand 440 durch einen einzigen festgelegten Widerstand ersetzt werden, der die gewünschte Impedanz aufweist. In einer bevorzugten Ausbildung wird der gesamte Widerstand der Widerstände 438 und 440 zwischen 20 und 100 kOhm variieren, um den meisten Reproduktionsumgebungen zu genügen. Mit einem derartigen Design weist der Widerstand 424 eine Impedanz von etwa 27,4 kOhm auf.
Die modifizierten Differenzsignale, die an Schaltungsorten A, B und C vorhanden sind, werden auch in den invertierten Anschluß 410 des Verstärkers 412 durch eine Serienkombination eines variablen Widerstands 450 und eines festgelegten Widerstands 451 bzw. durch festgelegte Widerstände 452 bzw. 454 zugeführt. Diese modifizierten Differenzsignale, das Summensignal und das energiekorrigierte rechte Signal 342 werden entlang einer Gruppe von Signalpfaden 456 übertragen. Die Signale von der Gruppe 456 werden an dem Anschluß 410 des Verstärkers 412 kombiniert. Der Verstärker 412 ist als ein invertierender Verstärker konfiguriert, der einen positiven Anschluß 458, der mit Erde verbunden ist, und einen Rückkopplungswiderstand 460 aufweist, der zwischen dem Anschluß 410 und einer Ausgabe 462 verbunden bzw. angeschlossen ist. Das Widerstandsniveau des variablen Widerstands 450 wird auf dasselbe Niveau wie jenes des Widerstands 438 eingestellt. Um ein geeignetes Summieren der Signale durch den invertierenden Verstärker 412 zu erzielen, weist der Widerstand 452 eine Impedanz von 20 kOhm auf, und der Widerstand 454 hat eine Impedanz von 44,2 kOhm. Die exakten Werte der Widerstände und Kondensatoren in dem Stereoverstärkungssystem 24 können geändert werden, solange die geeigneten Verhältnisse beibehalten werden, um das korrekte Niveau. einer Verstärkung zu erzielen. Andere Faktoren, welche den Wert der passiven Komponenten beeinflussen können, sind die Leistungserfordernisse des Verstärkungssystems 24 und die Charakteristika der Verstärker 370, 380, 406 und 412.
Das Signal an dem Ausgang 418 des Verstärkers 406 wird durch einen Antriebswiderstand 464 zugeführt, um das verstärkte linke Ausgabesignal 30 auszubilden. In ähnlicher Weise bewegt sich das Signal an dem Ausgang 462 des Verstärkers 412 durch einen Antriebswiderstand 466, um das verstärkte rechte Ausgabesignal 32 zu bilden. Die Antriebswiderstände werden typischerweise eine Impedanz in der Größenordnung von 200 Ohm besitzen.
Im Betrieb werden die Differenzsignalkomponenten, die an den Punkten A, B und C gefunden werden, an dem Anschluß 422 des Differenzverstärkers 406 und an dem Anschluß 410 des Verstärkers 412 rekombiniert, um ein bearbeitetes Differenzsignal (L_c – R_c)_p zu bilden. Idealerweise ist der gewünschte Bereich von perspektivischen Kurven zum Generieren von (L_c – R_c)_p durch eine maximale Verstärkung bei etwa 125 Hz und über 7 kHz gekennzeichnet, und eine minimale Verstärkung zwischen etwa 2100 Hz und 5 kHz. Das bearbeitete Differenzsignal wird auch mit dem Summensignal und entweder dem linken oder rechten Signal kombiniert, um Ausgabesignale L_OUT und R_OUT zu generieren. Die verstärkten linken und rechten Ausgabesignale können durch die mathematischen Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden, die oben angegeben sind. Der Wert von K₁ in Gleichung (1) und (2) wird durch die Position des Schleifkontakts 400 gesteuert bzw. geregelt und der Wert von K₂ wird durch die Position des Schleifkontakts 402 gesteuert bzw. geregelt.
Als eine alternative Ausbildung der Stereobildverstärkungsschaltung 24 ist in 11 dargestellt. Die Schaltung von 11 ist ähnlicher zu jener von 10 und stellt ein weiteres Verfahren zum selektiven Vergleichmäßigen eines Differenzsignals dar, das aus einem Paar von Stereoaudiosignalen generiert wird. Die Stereobildverstärkungsschaltung 500 generiert Summen- und Differenzsignale, unterschiedlich von der Schaltung 24 von 10.
In der Schaltung 500 werden das linke und rechte energiekorrigierte Signal 340 und 342 in negative Eingänge von mischenden bzw. Mischverstärkern 502 bzw. 504 zugeführt. Um das Summen- und Differenzsignal zu generieren, werden jedoch das linke und rechte Signal 340 und 342 mit einem invertierenden Anschluß 510 eines ersten Verstärkers 512 durch entsprechende Widerstände 506 und 508 verbunden. Der Verstärker 512 ist als ein invertierender Verstärker mit einem geerdeten Eingang 514 und einem Rückkopplungswiderstand 516 konfiguriert. Das Summensignal, oder in diesem Fall das invertierte Summensignal –(L_c + R_c) wird an einem Ausgang 518 generiert. Das Summensignal wird dann der verbleibenden Schaltung zugeführt, nachdem es durch einen variablen Widerstand 520 niveaueingestellt wurde. Da das Summensignal in der Schaltung 500 invertiert ist bzw. wird, wird es zu einem nicht invertierenden Eingang 522 des Verstärkers 504 zugeführt. Dementsprechend erfordert der Verstärker 504 nun einen stromausgleichenden Widerstand 524, der zwischen dem nicht invertierenden Eingang 522 und Erdpotential angeordnet ist. In ähnlicher Weise wird ein stromausgleichender Widerstand 526 zwischen einem inver tierenden Eingang 528 und Erdpotential angeordnet, um ein korrektes Summieren durch den Verstärker 504 zu erzielen, um das Ausgabesignal 32 zu generieren.
Um ein Differenzsignal zu generieren, empfängt ein invertierender summierender Verstärker 530 das linke Eingabesignal und das Summensignal an einem invertierenden Eingang 532. Das Eingabesignal 340 wird durch einen Kondensator 534 und einen Widerstand 536 durchgeleitet, bevor es an dem Eingang 532 ankommt. In ähnlicher Weise wird das invertierte Summensignal an dem Ausgang 518 durch einen Kondensator 540 und einen Widerstand 542 durchgeleitet. Die RC Netzwerke, die durch Komponenten 534/536 und Komponenten 540/542 erzeugt sind, stellen das Baßfrequenzfiltern des Audiosignals zur Verfügung, wie dies im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausbildung beschrieben ist.
Der Verstärker 530 hat einen geerdeten, nicht invertierenden Eingang 544 und einen Rückkopplungswiderstand 546. Mit dieser alternativen Konfiguration von 11 wird ein Differenzsignal R_c – L_c an einem Ausgang 548 des Verstärkers 530 generiert. Das Differenzsignal wird dann durch den variablen Widerstand 560 eingestellt und in die verbleibende Schaltung zugeführt. Akzeptable Impedanzwerte für die Schaltung 500 enthalten 100 kOhm für die Widerstände 506, 508, 516 und 536, Impedanzwerte von 200 kOhm für die Widerstände 542 und 546, eine Kapazität von 0,15 Mikrofarad für den Kondensator 540 und eine Kapazität von 0,33 Mikrofarad für den Kondensator 534. Mit der Ausnahme von dem oben Beschriebenen ist die restliche Schaltung von 11 dieselbe wie jene, die in 10 geoffenbart ist.
Das Stereobildverstärkungssystem 24 kann mit nur vier aktiven Komponenten konstruiert sein, typischerweise Operationsverstärkern entsprechend Verstärkern 366, 380, 406 und 412. Diese Verstärker sind leicht als eine Vierfachpackung auf einem einzigen Halbleiterchip verfügbar. Zusätzliche Komponenten, die erforderlich sind, um das Stereoverstärkungssystem 24 zu komplettieren, enthalten nur 29 Widerstände (unter Ausschluß der Antriebswiderstände) und 4 Kondensatoren. Die Schaltung 500 von 11 kann mit einem Vierfachstärker, 4 Kondensatoren und nur 28 Widerständen hergestellt werden, enthaltend die Potentiometer. Die Schaltungen 24 und 500 können als ein mehrschichtiges Halbleitersubstrat, d.h. eine Packung einer integrierten Schaltung, ausgebildet sein.
Neben den Ausbildungen, die in 10 und 11 dargestellt sind, gibt es zusätzliche Wege, dieselben Komponenten miteinander zu verbinden, um eine perspektivische Verstärkung von Stereosignalen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Beispielsweise kann ein Paar von Verstärkern, die als Differenzverstärker konfiguriert sind, das linke bzw. rechte Signal empfangen, und können auch Summensignale empfangen. Auf diese Weise würden die Verstärker jeweils ein linkes Differenzsignal L_c – R_c und ein rechtes Differenzsignal R_c – L_c generieren.
Die Stereobildverstärkung, die durch die Verstärkungsschaltung 24 zur Verfügung gestellt wird, ist einzigartig dafür adaptiert, um hochqualitative Stereoaufzeichnungen zu nutzen. Spezifisch können, anders als bei früheren analogen Band- oder Vinylalbumaufzeichnungen gegenwärtige digital gespeicherte Klangaufzeichnungen Differenzsignal-, d.h. Stereo-Information durch ein breiteres Frequenzspektrum, enthaltend die Baßfrequenzen enthalten. Eine übermäßige Verstärkung des Differenzsignals wird innerhalb dieser Frequenzen vermieden, indem das Ausmaß einer Differenzsignalverstärkung in den Baßfrequenzen beschränkt wird.
Es kann jedoch in Abhängigkeit von der Klangreproduktionsumgebung wünschenswert sein, Baßfrequenzen des Audiosignals zu verstärken, um irgendeinen Verlust von Baßfrequenzen zu kompensieren, welcher als ein Ergebnis einer Klangbildneulokalisierung und -orientierung auftreten kann. 12 zeigt eine Baßverstärkungsschaltung 550 zur Verwendung in einer alternativen Ausbildung der vorliegenden Erfindung, um eine derartige Reduktion in einer Baßantwort zu kompensieren. Die Baßverstärkungsschaltung 550 arbeitet an dem Summensignal, wo der größte Anteil der Baßinformation, d.h. Information sehr niedriger Frequenz liegt.
Die Schaltung 550 hat eine Eingabe A, die das Summensignal durch eine Verbindung an dem Ausgang 374 des Verstärkers 366 von 10 empfängt. Das Niveau des Summensignals wird durch einen variablen Widerstand 552 eingestellt, welcher ein 10 kOhm Potentiometer sein kann. Der variable Widerstand 552 kann als eine manuelle, durch einen Benutzer eingestellte Festlegung verwendet werden, oder wenn das gewünschte Ausmaß einer Baßverstärkung bekannt ist, kann der Widerstand 552 durch einen geeigneten festgelegten Widerstand ersetzt werden. Das niveaueingestellte Summensignal, das den Widerstand 552 verläßt, wird dann durch ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung, bestehend aus den Widerständen 554, 556 und den Kondensatoren 558, 562 geleitet. Das resultierende gefilterte Signal erscheint an einem nicht invertierenden Anschluß eines Operationsverstärkers 564. Der Verstärker 564 ist als ein Spannungsfolger konfiguriert, um ein Laden des Filters zweiter Ordnung zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausbildung ist bzw. wird die Verstärkung des Verstärkers 564 auf ein Maximum von zwei durch eine Auswahl von Widerständen 566 und 568 gleichen Werts festgelegt, welche von dem invertierenden Anschluß mit Erde bzw. von dem invertierenden Anschluß mit einem Ausgang verbunden sind, wodurch eine Rückkopplungsschleife ausgebildet wird. In einer bevorzugten Ausbildung sind die Widerstände 554, 566 und 568 10 kOhm Widerstände, der Widerstand 556 ist ein 100 kOhm Widerstand, der Kondensator 558 hat eine Impedanz von 0,1 Millifarad und der Kondensator 562 hat eine Impedanz von 0,01 Millifarad. Eine Auswahl der Werte der vorhergehenden Komponenten erlaubt eine selektive Verstärkung von Baßfrequenzen unter etwa 75 Hertz durch eine Einstellung des Widerstands 552.
Die Ausgabe des Verstärkers 564 wird in zwei Pfade geteilt, die jeweils einen entsprechenden festgelegten Widerstand 578 und 580 umfassen. Ein Pfad, der eine Ausgabe aufweist, die mit X gekennzeichnet ist, ist mit dem invertierenden Anschluß 404 des Verstärkers 406 von 10 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Ausgabe, die mit X' bezeichnet ist, mit dem invertierenden Anschluß 410 des Verstärkers 412 verbunden. Im Betrieb kann eine weitere Verstärkung der Baßfrequenzen durch ein Variieren des Verhältnisses der Widerstände 578, 580 zu den Widerständen 420 bzw. 460 erzielt werden. Beispielsweise wird in einer bevorzugten Ausbildung der Wert der Widerstände 578 und 580 eine Hälfte desjenigen von 420 und 426 sein, wodurch eine Verstärkung von zwei durch die Verstärker 406 und 412 von 10 ermöglicht wird. Dementsprechend kann die Gesamtverstärkung der Baßverstärkungsschaltung 550 durch eine maximale Ver stärkung von 4 hinunter auf eine Nullverstärkung durch ein Einstellen des Widerstands 552 variiert werden.
Es kann geschätzt werden, daß eine Vielzahl von Stereoverstärkungssystemen für jenes des Systems 24 substituiert werden kann, falls bzw. wie dies gewünscht ist. Beispielsweise vergleichmäßigt eine Ausbildung der Systeme, die in U.S. Patenten Nr. 4,748,669 und 4,866,774 geoffenbart sind, die relativen Amplituden sowohl des Differenz- als auch des Summensignals in spezifischen Frequenzbändern.
Zusätzlich zu Autos ist die vorliegende Erfindung für eine weite Vielzahl von eingeschlossenen bzw. umschlossenen oder Freiluft-Audioreproduktionsumgebungen geeignet, wo ein reproduzierter Klang räumlich von der Wahrnehmung eines Hörers verzerrt wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in jenen Umgebungen verwendet werden, welche keine Hörer aufweisen, die in einer festgelegten Position angeordnet sind.
13 stellt eine derartige Freiluft- bzw. Außen-Audioreproduktionsumgebung dar, die Außenlautsprecher 570 und 572 aufweist, welche ein räumlich verzerrtes Stereobild in bezug auf einen Hörer bzw. Zuhörer 574 produzieren. Die Lautsprecher 570 und 572 können nahe einem Boden- bzw. Erdniveau positioniert sein, wie dies in 13 gezeigt ist, oder in verschiedenen anderen Positionen, um einen Stereoklang für einen weiten Freilufthörbereich zur Verfügung zu stellen. Das Positionieren der Außen- bzw. Freiluftlautsprecher 570 und 572 wird zweifellos teilweise durch Faktoren verschieden von einer optimalen akustischen Antwort bestimmt. Ein derartiges Positionieren, sei es nahe bei der Erde, über dem Kopf oder in einem umgebenden Bereich, kann das Druckniveau eines austretenden Klangs bzw. Tons über bestimmte Frequenzen verzerren, wie sie durch die Hörer wahrgenommen werden. Das resultierende verzerrte Klangbild kann durch eine Anwendung der Stereobildkorrekturschaltung 22 korrigiert werden, und dann durch die Stereobildverstärkungsschaltung 24 in Übereinstimmung mit den Prinzipien verstärkt werden, wie sie hierin diskutiert sind. Als ein Ergebnis kann ein augenscheinlicher Klang erzeugt werden, welcher in einen gewünschten Hörbereich 576 fällt.
Einige Freiluftlautsprecher, ähnlich den Lautsprechern 570 und 572 von 13, sind omnidirektional, um einen weiten Hörbereich und die Mobilität des Hörers 574 zu berücksichtigen. In einer derartigen Audioreproduktionsumgebung gibt es kein Erfordernis, eine Reduktion in einem mittleren oder oberen mittleren Bereich von Frequenzen zu kompensieren, wie dies im Zusammenhang mit 8A und 8B diskutiert wurde. Dementsprechend werden optimale Verstärkungsergebnisse in der Umgebung von 13 erzielt, indem die perspektivische Kurve 190 von 7 angelegt bzw. angewandt wird, um energiekorrigierte Stereosignale zu verstärken, die durch die Lautsprecher 570 und 572 gespielt werden.
14 zeigt eine andere Audioreproduktionsumgebung, welche eine Implementierung der akustischen Korrekturvorrichtung 20 enthält. Spezifisch ist eine elektronische Keyboard- bzw. Tastaturvorrichtung 590 gezeigt, die Lautsprecher 592 und 594 aufweist, die unter einer Tastatur 596 angeordnet sind. Zu einem Betätiger (nicht gezeigt), der vor dem elektrischen Keyboard 590 sitzt, sind die Lautsprecher 592 und 594 an einer akustisch nicht wünschenswerten Position unter den Ohren des Betätigers angeordnet.
Um eine räumliche Verzerrung zu korrigieren, welche aus einer derartigen Anordnung der Lautsprecher 592 und 594 resultieren kann, modifiziert die akustische Korrekturvorrichtung 20 Audiosignale, die durch die elektronische Tastatur 590 generiert sind. In Übereinstimmung mit den Prinzipien, die hierin diskutiert sind, kann derart ein neu angeordnetes augenscheinliches Klangbild als von den augenscheinlichen Lautsprechern 598 und 600 ausgehend bzw. stammend generiert werden, die strichliert dargestellt sind. Anders als die Umgebung von 8B wird das Orientierungsniveau, das für die Audioreproduktionsumgebung von 14 erforderlich ist, wahrscheinlich aufgrund der Positionierung der Lautsprecher 592 und 594 in Richtung zu dem Betätiger minimal sein. Dementsprechend kann die Kurve 190 von 7 geeignet sein, um räumlich das neu- bzw. wiederangeordnete Klangbild zu verstärken.
Die gesamte akustische Korrekturvorrichtung 20, die hierin geoffenbart ist, kann leicht durch entweder (1) einen digitalen bzw. Digitalsignalprozessor, (2) mit diskreten Schaltkreis- bzw. Schaltungskomponenten, (3) als eine Hybridschaltungsstruktur oder (4) in einem Halbleitersubstrat implementiert sein, das Anschlüsse zur Einstellung der geeigneten Widerstände aufweist. Einstellungen durch einen Benutzer enthalten gegenwärtig das Niveau einer Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Energiekorrektur, verschiedene Signalniveaueinstellungen, umfassend das Niveau von Summen- und Differenzsignalen, und eine Orientierungs- bzw. Ausrichteinstellung.
Durch die vorhergehende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen wurde von der vorliegenden Erfindung gezeigt, daß sie wichtige Vorteile gegenüber gegenwärtigen aku stischen Korrektur- und Stereoverstärkungssysteme besitzt. Während die obige detaillierte Beschreibung die fundamentalen neuen Merkmale der Erfindung gezeigt, beschrieben und ausgeführt bzw. hervorgehoben hat, wird verstanden werden, daß verschiedene Weglassungen und Substitutionen und Änderungen in der Form und in Details der Vorrichtung, die illustriert ist, durch Fachleute gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzugehen. Daher sollte die Erfindung in ihrem Rahmen nur durch die beiliegenden Ansprüche begrenzt bzw. beschränkt sein.

Claims

Akustische Korrektur- und Verstärkungs- bzw. Verbesserungsvorrichtung (20) zum Modifizieren der Spektraldichte eines Stereosignals (26, 28), umfassend ein rechtes Eingangs- bzw. Eingabesignal (28) und ein linkes Eingabesignal (26), um akustische Mängel bzw. Fehler eines Lautsprechersystems (200, 202, 214, 216) zu beseitigen, wenn das Stereosignal durch das Lautsprechersystem reproduziert ist, wobei die Vorrichtung (20) umfaßt: eine rechte Signalkorrekturschaltung (232), die das rechte Eingabesignal (28) empfängt, zum Einstellen von Amplituden des rechten Eingabesignals, um eine rechte korrigierte räumliche Antwort (96) zu erhalten, wobei die rechte Signalkorrekturschaltung (232) umfaßt: eine rechte Hochpaß-Filterschaltung (82), die das rechte Eingabesignal (28) empfängt und das rechte Eingabesignal (28) als eine erste rechte Funktion einer Frequenz über einen ersten niedrigen Frequenzbereich erhöht bzw. verstärkt, um ein erstes korrigiertes rechtes Signal auszubilden; wobei die rechte Hochpaß-Filterschaltung (82) Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals (28) als die erste rechte Funktion einer Frequenz innerhalb des ersten niedrigeren Übergangsbands erhöht und Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals (28) als eine fixe Größe innerhalb des ersten Tiefpaßbands erhöht bzw. verstärkt; eine rechte Frequenzkorrekturschaltung (86), die das rechte Eingabesignal (28) erhält und das rechte Eingabesignal (28) als eine zweite rechte Funktion einer Frequenz über einen zweiten höheren Frequenzbereich einstellt, um ein zweites korrigiertes rechtes Signal zu erzeugen; wobei die rechte Filterkorrekturschaltung (86) Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals (28) als die zweite rechte Funktion einer Frequenz innerhalb des zweiten höheren Übergangsbands einstellt und Amplitudenkomponenten des rechten Eingabesignals (28) als eine festgelegte Größe innerhalb des zweiten höheren Paßbands einstellt; wobei die erste rechte Frequenzfunktion und die zweite rechte Frequenzfunktion unabhängig einstellbar sind; und Mittel zum Kombinieren (92) des ersten und zweiten korrigierten rechten Signals, um eine korrigierte rechte räumliche Antwort (96) zu erzeugen; eine linke Signalkorrekturschaltung (230), die das linke Eingabesignal (26) zum Einstellen von Amplituden des linken Eingabesignals empfängt, um eine linke, korrigierte, räumliche Antwort (94) zu erhalten, wobei die linke Signalkorrekturschaltung (230) umfaßt: eine linke Hochpaß-Filterschaltung (80), die das linke Eingabesignal (26) erhält bzw. empfängt und das linke Eingabesignal (26) als eine erste linke Funktion einer Frequenz über den ersten unteren Frequenzbereich verstärkt, um ein erstes korrigiertes linkes Signal zu erzeugen; wobei die Hochpaß-Filterschaltung (80) des linken Filters Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals (28) als die erste linke Funktion einer Frequenz innerhalb des ersten unteren Übergangsbands verstärkt bzw. erhöht und Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals (28) als eine feste Größe innerhalb des ersten Tiefpaßbands verstärkt bzw. erhöht; eine linke Frequenzkorrekturschaltung (84), die das linke Eingabesignal (26) erhält und das linke Eingabesignal als eine zweite linke Frequenzfunktion über den zweiten höheren Frequenzbereich einstellt, um ein zweites korrigiertes linkes Signal zu erzeugen; wobei die linke Filterkorrekturschaltung (84) Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals (26) als die zweite linke Funktion einer Frequenz innerhalb des zweiten höheren Übergangsbands einstellt und Amplitudenkomponenten des linken Eingabesignals (26) als eine feststehende Größe innerhalb des zweiten höheren Paßbands einstellt; wobei die erste linke Frequenzfunktion und die zweite linke Frequenzfunktion unabhängig voneinander einstellbar sind; und zweite Mittel zum Kombinieren (90) des ersten und zweiten korrigierten linken Signals, um eine korrigierte linke räumliche Antwort (94) zu erzeugen; und eine Akustikbild-Verstärkungsschaltung (24), die mit der rechten Korrekturschaltung (232) und der linken Signalkorrektur (230) gekoppelt ist, wobei die Verstärkungsschaltung (24) konfiguriert ist, um spektral eine Unterschiedsinformationen zu formen, die mit der korrigierten rechten und linken räumlichen Antwort (96, 94) assoziiert ist, um ein verstärktes korrigiertes Stereosignal (30, 32) zu erzeugen, in welchem die korrigierte räumliche Antwort (27, 29, 94, 96, 230, 232) verbreitet ist bzw. wird, so daß ein erwarteter Ort einer Tonquelle von einem ersten Ort (200, 202, 214, 216) zu einem zweiten offensichtlichen bzw. augenscheinlichen Ort (210, 212, 218, 220) bewegt ist, wenn das verstärkte korrigierte Stereosignal hörbar durch das Lautsprechersystem reproduziert und durch einen Zuhörer wahrgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste untere Frequenzbereich hörbare Frequenzen unter etwa 1000 Hz umfaßt und der zweite höhere Frequenzbereich hörbare Frequenzen über etwa 1000 Hz umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsniveau, das durch die Hochpaß-Filterschaltung (80, 82) angelegt ist, mit einem entsprechenden Anstieg in der Frequenz ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzkorrekturschaltungsverstärker (84, 86) das Stereosignal innerhalb des zweiten höheren Frequenzbereichs verstärken, wobei die Verstärkung ein Niveau aufweist, das mit einem entsprechenden Anstieg in der Frequenz ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters beinhaltend einen elektronischen Schalter (318), der das zweite korrigierte Stereosignal erhält und eine Ausgabe bzw. einen Ausgang zur Verfügung stellt, die (der) mit den Mitteln zum Kombinieren (90, 92) verbunden ist, wobei der elektronische Schalter (318) eine erste Position und eine zweite Position aufweist, wobei das erste und zweite korrigierte Stereosignal durch die Mittel zum Kombinieren addiert werden, wenn sich der Schalter (318) in der ersten Position befindet, und das zweite korrigierte Stereosignal von dem ersten korrigierten Stereosignal subtrahiert wird, wenn sich der Schalter (318) in der zweiten Po sition befindet.
Verfahren zum Bearbeiten eines Audio- bzw. Tonsignals (26, 28), um ein stereophones Bild neu zu richten bzw. zu verstärken bzw. zu verbessern, das von einem Lautsprechersystem (200, 202, 214, 216) ausgegeben wird, das in einer Audioreproduktionsumgebung angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugen eines ersten linken gefilterten Audiosignals durch Hochpaßfiltern eines linken Eingangs- bzw. Eingabesignals (28), wobei das Filtern gekennzeichnet ist durch ein erstes niedrigeres Übergangsband und ein erstes niedrigeres Paßband von Frequenzen; Verstärken bzw. Erhöhen von Amplitudenkomponenten des ersten linken Audiosignals als eine linke Funktion einer Frequenz innerhalb des ersten unteren Übergangsbands; Verstärken von Amplitudenkomponenten des ersten linken gefilterten Audiosignals durch bzw. um eine feststehende Größe innerhalb des ersten unteren bzw. niedrigeren Paßbands; Erzeugen eines zweiten linken gefilterten Audiosignals durch ein Frequenzkorrigieren des linken Eingabesignals (26), wobei das Filtern gekennzeichnet ist durch ein zweites höheres Übergangsband und ein zweites höheres Paßband von Frequenzen; Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten linken gefilterten Audiosignals als eine Funktion einer Frequenz innerhalb des zweiten höheren Übergangsbands; Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten gefilterten linken Audiosignals durch eine feststehende Größe innerhalb des zweiten höheren Paßbands; Kombinieren des verstärkten bzw. erhöhten ersten linken gefilterten Audiosignals und des modifizierten zweiten linken gefilterten Audiosignals, um ein räumlich korrigiertes linkes Audiosignal (27, 29, 94, 96, 230, 232) zu erzeugen; Erzeugen eines ersten rechten gefilterten Audiosignals durch ein Hochpaßfiltern eines rechten Eingabesignals, wobei das Filtern gekennzeichnet ist durch das erste untere bzw. niedrigere Übergangsband und das erste untere Paßband von Frequenzen; Verstärken bzw. Erhöhen von Amplitudenkomponenten des ersten rechten gefilterten Audiosignals als eine Funktion einer Frequenz innerhalb des ersten unteren Übergangsbands; Verstärken von Amplitudenkomponenten des ersten rechten gefilterten Audiosignals durch bzw. um eine feststehende Größe innerhalb des ersten unteren Paßbands; Erzeugen eines zweiten rechten gefilterten Audiosignals durch ein Frequenzkorrigieren des rechten Eingabesignals, wobei das Filtern gekennzeichnet ist durch das zweite höhere Übergangsband und das zweite höhere Paßband von Frequenzen; Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten rechten gefilterten Audiosignals als eine Funktion einer Frequenz innerhalb des zweiten höheren Übergangsbands; Modifizieren von Amplitudenkomponenten des zweiten rechten gefilterten Audiosignals durch eine feststehende Größe innerhalb des zweiten höheren Paßbands; Kombinieren des erhöhten bzw. verstärkten ersten rechten gefilterten Audiosignals und des modifizierten zweiten rechten gefilterten Audiosignals, um ein räumlich korrigiertes rechtes Audiosignal (27, 29, 94, 96, 230, 232) zu erzeugen; und räumliches Erhöhen von Differenzinformation, die mit dem räumlich korrigierten rechten und linken Audiosignal (27, 29, 94, 96, 230, 232) assoziiert ist, um das Tonbild zu verbreiten bzw. zu erweitern; so daß ein wahrgenommener Ort einer Tonquelle von einem ersten Ort (200, 202, 214, 216) zu einem zweiten offensichtlichen bzw. augenscheinlichen Ort (210, 212, 218, 220) bewegt wird, wenn das verstärkte korrigierte Stereosignal hörbar durch das Lautsprechersystem reproduziert und durch einen Zuhörer wahrgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erstere untere Übergangsband ein Frequenzbereich unter etwa 1000 Hertz ist, das erste Paßband Frequenzen über etwa 1000 Hertz umfaßt, das zweite höhere Übergangsband ein Frequenzbereich von etwa 1000 Hertz bis 10.000 Hertz ist und das zweite höhere Paßband Frequenzen über etwa 10.000 Hertz umfaßt.
Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die akustische Korrektur- und Verstärkungsvorrichtung (20) mit einem digitalen Signalprozessor implementiert sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren mit einem digitalen Signalprozessor implementiert wird.