In der nicht vorveröffentlichten DE 42 04 289 A1 mit älterem Zeitrang ist eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln von Zweikanalsignalen in Vierkanalsignale beschrieben, die einen digitalen Signalprozessor umfasst. Mit dieser Schaltungsanordnung wird durch Hinzufügen von Einzelreflexion in Form passender verzögerter Signalanteile ein Raumeindruck simuliert, der bei der Wiedergabe mit vier Lautsprechern das Klangbild einer Aufführung in einer Musikhalle simuliert.

In Patent Abstracts of Japan, E-1147, 18. Dez. 1991, Band 15/ Nr. 502 (JP 3-219 799 A) ist eine Anordnung beschrieben, mit deren Hilfe aus einem Zweikanalstereosignal ein Signal erzeugt wird, das mit Hilfe von vier Lautsprechern einen akustischen Effekt auch bei der Reproduktion von kleinen Klangvolumina erzeugt. Dazu werden die einzelnen Kanäle des Zweikanalsignales aufgespalten und jeweils ein Teil in Verzögerungsschaltungen verzögert, bevor mit Hilfe von Addierern die verschiedenen Signale zu vier Ausgangssignalen addiert werden.

In DE 28 18 951 C2 ist eine Anordnung beschrieben, mit deren Hilfe aus einem Vierkanaleingangssignal ein Zweikanalausgangssignal erzeugt wird. Dabei werden die rechten und linken rückwärtigen Signale jeweils in zwei Teile aufgespalten, von denen jeweils ein Teil zu einem anderen Teil des jeweils anderen Kanales addiert wird. Das linke und das rechte vordere Signal werden unverändert weitergeleitet. Die so entstehenden Signale werden in einer digitalen Signalverarbeitungsanlage miteinander kombiniert, um ein Zweikanal-Klangfeld zu erzeugen. Eine ähnliche Anordnung ist in US 4 219 696 beschrieben.

In JP 2-219400 A ist eine Anordnung zur Umwandlung eines stereophonen Zweikanalsignales in ein Mehrkanalsignal beschrieben, das einem Korrektur- und Synthetisiervorgang mit einer Vielzahl von Verzögerungskreisen und Filtern unterzogen wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Wiedergabe eines räumlichen Klangbildes entsprechend einer tatsächlichen Aufführung in einem Raum zur Verfügung zu stellen, in dem nur zwei und nicht eine Mehrzahl von Lautsprecher angeordnet werden können, bzw. wenn zweikanalige Kopfhörer eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen definierten Verfahren und die Vorrichtung dazu gelöst.

Insbesondere verwendet die vorliegende Erfindung zwei DSPs (Digitale Signalprozessoren), von denen einer wie herkömmlich 2-Kanalstereosignale erhält und die Signale in 4-Kanalsignale unterteilt und zur gleichen Zeit an die unterteilten Signale jeweils Toninformation gibt. Der andere DSP setzt die 4-Kanalsignale zusammen, die von dem 2-Kanalwiedergabeschaltkreis für einen Lautsprechermodus oder einen Kopfhörermodus wiedergegeben werden, wodurch ein räumliches Klangbild erzeugt wird.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.

1 ist ein Blockschaltbild einer Wiedergabevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Die 2A bis 2C zeigen die räumliche Anordnung der Lautsprecher entsprechend den verschiedenen Formen der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt den Weg der Schallsignale von vier Lautsprechern zu den beiden Ohren eines Hörers, wie sie bei der Kopfhörerwiedergabe zu berücksichtigen sind gemäß der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung.

6 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in 1 gezeigt, empfängt ein ADC (Analog/Digitalwandler) 10 analoge 2-Kanalsterosignale, die in jeweilige digitale Signale umgewandelt werden sollen, und ein erster DSP 30 wandelt die digitalen 2-Kanalsterosignale in 4-Kanaltonsignale um. Ein Hilfsspeicher 20 erweitert einen Speicherbereich des ersten DSP 30 unter der Kontrolle des ersten DSP 30, und ein zweiter DSP 30 unter der Kontrolle des ersten DSP 30, und ein zweiter DSP 70 erhält die 4-Kanal-Tonsignale, die in dem ersten DSP 30 erzeugt werden, und setzt sie zusammen, um 2-Kanaltonsignale zu erzeugen, die den selben Ton wiedergeben können wie bei 4 Kanälen. Ein Mikrocomputer 60 steuert entsprechend einem inhärenten, vorgegebenen Programm den ersten DSP 30 und den zweiten DSP 70 zur Wiedergabe des Tones, und eine Tastatur 50 umfasst eine Mehrzahl von Funktionstasten zum Aufrufen eines Lautsprechermodus oder eines Kopfhörermodus für den Mikrocomputer 60. Ein Anzeigeschaltkreis 40 zeigt eine Mehrzahl von Betriebszuständen einschließlich eines Lautsprechermodus oder eines Kopfhörermodus unter der Kontrolle des Mikrocomputers 60 an, ein DAC (Digital/Analogwandler) 80 wandelt ein 2-Kanal-Tonsignal von dem zweiten DSP 70 in ein analoges Signal um, und ein Umschaltschaltkreis 90 legt selektiv unter der Kontrolle des Mikrocomputers 60 das Ausgangssignal des DAC 80 an einen Kopfhörer HP oder einen Lautsprecher SP an.

2A zeigt einen Aufbau von wirklichen, in einem Audiowiedergaberaum aufgestellten Lautsprechem, und 2B zeigt eine Anordnung von virtuellen Lautsprechern, wie sie bei Kopfhörerwiedergabe (Kopfhörermodus) nachgebildet werden, und 2C zeigt eine Anordnung von zwei wirklichen vorderen und zwei virtuellen hinteren Lautsprechem bei Zweikanal-Lautsprecherwiedergabe (Lautsprechermodus).

3 zeigt den Weg der Schallsignale von vier Lautsprechern zu den beiden Ohren eines Hörers, wie sie bei der Kopfhörerwiedergabe zu berücksichtigen sind und

4 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung. 4-Kanal-Tonsignale sind ein vorderes, linkes Signal (hiernach als FL bezeichnet), ein vorderes, rechtes Signal (hiernach als FR bezeichnet), ein hinteres, linkes Signal (hiernach als RL bezeichnet) und ein hinteres, rechtes Signal (hiernach als RR bezeichnet). Das Signal FL wird zu dem Signal FR addiert, um ein Signal FR1 zu erzeugen, das Signal FR wird von dem Signal FL subtrahiert, um ein Signal FL1 zu erzeugen, das Signal RL wird zu dem Signal RR addiert, um ein Signal RR1 zu erzeugen, und das Signal RR wird von dem Signal RL subtrahiert, um ein Signal RL1 zu erzeugen. Die Signale FL1, FR1, RL1 und RR 1 werden jeweils in Signale FL2, RL2, RL2 und RR 2 umgewandelt, indem den jeweiligen Signalen jeweils unterschiedlich Transfercharakteristiken gegeben werden. Das Signal FL2 wird zu dem Signal FR2 addiert, um ein Signal FL3 zu erzeugen, und das Signal FL2 wird von dem Signal FR2 subtrahiert, um ein Signal FR3 zu erzeugen. Das Signal RL2 wird zu dem Signal RR2 addiert, um ein Signal RL3 zu erzeugen, und das Signal RL2 wird von dem Signal RR2 subtrahiert, um ein Signal RR3 zu erzeugen. Das Signal FL3 wird zu dem Signal RL3 addiert, um ein Ein-Kanalsignal EL zu erzeugen, und das Signal FL3 wird zu dem Signal RR3 addiert, um das andere Ein-Kanalsignal ER zu erzeugen, wodurch schließlich 2-Kanal-Tonsignale erzeugt werden.

In dem obigen, zweiten Schritt ist das Konkrete Verfahren zum Versehen der Signale FL1, FR1, RL1 und RR1 mit Transfercharakteristiken folgendes. Sei nun die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem vorderen, linken Lautsprecher am linken Ohr des Hörer ankommt, und eines Signals das von einem vorderen, rechten Lautsprecher am rechten Ohr des Hörers ankommt, durch S dargestellt. Sei nun weiterhin die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem hinteren, linken Lautsprecher am linken Ohr des Hörers ankommt, und eines Signals das von einem hinteren, rechten Lautsprecher am rechten Ohr des Publikums angekommen ist, durch S' dargestellt. Ferner sei die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem vorderen linken Lautsprecher am rechten Ohr des Hörers ankommt, und eines Signals das von einem vorderen, rechten Lautsprecher am linken Ohr des Hörers ankommt, durch A dargestellt, und die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem hinteren, linken Lautsprecher am rechten Ohr des Hörers ankommt, und eines Signals das von einem hinteren, rechten Lautsprecher am linken Ohr des Hörers ankommt, durch A' dargestellt. Dann wird das Signal FL1 durch ein Filter mit einer Transfercharakteristik S–A in das Signal FL2 gebildet. Die Signale FR2, RL2 und RR2 werden mit demselben Verfahren wie das Signal FL2 gefiltert, wobei der einzige Unterschied ist, dass die Transfercharakteristiken jeweils S+A, S'–A' und S'+A' sind.

6 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Signal RR wird von dem Signal RL subtrahiert, um das Signal RL1 zu erzeugen, und das Signal RL wird zu dem Signal RR addiert, um das Signal RR1 zu erzeugen. Die Signale RL1 und RR 1 werden mit den jeweils vorgegebenen Transfercharakteristiken versehen, um ein Signal RL4 und RR 4 zu erzeugen, und ein Signal RL5 wird durch Addieren des Signals RL4 und des Signals RR4 erzeugt, und ein Signal RR5 wird durch Subtrahieren des Signals RL4 von dem Signal RR4 erzeugt. Die Pegel des Signals FL und des Signals FR werden entsprechend eingeregelt, und die Pegel-gesteuerten Signale werden jeweils zu dem Signal RL5 und dem Signal RR5 addiert, um dadurch die 2-Kanal-Tonsignale OL und OR zu erzeugen.

In dem oben erwähnten, zweiten Schritt ist das Verfahren zum Versehen des Signals RL1 und des Signals RR1 mit Transfercharakteristiken und zum Erzeugen der Signale RL4 und RR4 dasselbe wie beim Ausführen der Signale RL2 und RR2, wie in 6 gezeigt, mit dem einzigen Unterschied, dass die Charakteristiken der Filter geändert werden in (S'–A')/(S–A) und (S'+A')/(S+A).

5 zeigt ein Signalflussdiagramm für die Kopfhörerwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Weg für die Ausgangssignale OL und OR in einem Lautsprechermodus darstellt, wie sie tatsächlich über die Lautsprecher an den Ohren des Hörers ankommen. Hier ist die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem vorderen, rechten Lautsprecher am linken Ohr des Publikums angekommen ist, und eines Signals das von einem vorderen, linken Lautsprecher am rechten Ohr des Publikums angekommen ist, durch A dargestellt und die Transfercharakteristik eines Signals, das von einem vorderen, rechten Lautsprecher am rechten Ohr des Publikums angekommen ist, und eines Signals das von einem vorderen, linken Lautsprecher am linken Ohr des Publikums angekommen ist, durch S dargestellt.

Es ist notwendig, einem Schallsignal eine Transfercharakteristik einschließlich einer Richtungsinformation zu geben, um zu bewirken, dass der Schall beide Zuhörerohren als Stereoschall erreicht. Damit der künstlich berechnete, virtuelle Ton in allen Richtungen in den Zuhörerpositionen gehört wird, kann es wirkungsvoller sein, unabhängig für jede Richtung vorzugehen. Jedoch macht es den tatsächlichen Aufbau eines Systems komplex, wenn das System die virtuellen Tonsignale für alle Richtungen beinhaltet.

Daher wird in der vorliegenden Erfindung ein Konzept virtueller Lautsprecher eingeführt, um den selben Effekt mit einem vereinfachten Aufbau zu erreichen, statt die jeweiligen Tonsignale unabhängig zu bearbeiten. Dies bedeutet, dass die tatsächlich nicht existierenden, virtuellen Lautsprecher, wenn der Ton von vier Lautsprechern wiedergegeben wird, von einem Kopfhörer oder von zwei Lautsprechern wiedergegeben werden.

Im Falle des "Kopfhörermodus" der 2B kann, selbst wenn tatsächlich keine Lautsprecher vorhanden sind, durch die Schallverarbeitung der akustische Effekt wie von vier Lautsprechern, die an vier Seiten vorhanden sind, erreicht werden, und das Einstellen der Richtungen bezüglich der jeweiligen virtuellen Lautsprecher wird durch die Lautstärke von vier virtuellen Lautsprechern geregelt. Ebenso sind im Falle eines "Lautsprechermodus" der 2C wirkliche Lautsprecher vor dem Publikum installiert, und virtuelle Lautsprecher werden durch Signalprozessierung auf der Rückseiterzeugt, statt dass dort wirkliche Lautsprecher installiert werden.

In der vorliegenden Erfindung werden nach dem Erhalt von 2-Kanalstereosignalen R und L und dem Erzeugen von 4-Kanal-Tonsignalen FL, FR, RL und RR die 4-Kanal-tonsignale wieder verarbeitet, wodurch derselbe Tonwiedergabeeffekt wie bei 4 Kanälen jetzt mit 2 Kanälen erreicht wird. Das Verfahren des Empfangens der 2-Kanalstereosignale und des Erzeugens der 4-Kanaltonsignale ist im Detail in der koreanischen Patentanmeldung Nr. 91-2402 beschrieben, die früher von demselben Anmelden eingereicht wurde.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die Verfahren zum Mischen der 4-Kanal-Tonsignale in 2-Kanal-Tonsignale für einen Lautsprechermodus und einen Kopfhörermodus verschieden. Dies deswegen, weil bei der Verwendung des Kopfhörers ein linkes und ein rechtes Signal keine Interferenz bilden und nur bei der Verwendung von Lautsprechern die Signale beider Lautsprecher miteinander interferieren. Daher muss bei der Verwendung des Lautsprechermodus ein zusätzlicher Algorithmus zum Auslöschen der Interterenzsignale zwischen R und L durchgeführt werden. Im Falle eines Kopfhörermodus wird durch ein in 4 gezeigtes DSP-Signaldiagramm für die Ton bearbeiteten 4-Kanalsignale FR, FL, RR und RL eine Umwandlung in hörbaren Schall in vorderen und hinteren Lautsprechern, der dann das Ohr des Publikums erreicht, simuliert. Die Transfercharakteristiken für beide Ohren eines Hörers von jedem der vier Lautsprecher werden durch tatsächliche Messung mit Puppenköpfen erhalten.

Wie in 4 gezeigt, werden in den jeweiligen Schallquellen vier Transfercharakteristiken ausgegeben und kommen an den Ohren des Hörers an. In diesem Fall wird angenommen, dass die Transfercharakteristik, die von einer linken Schallquelle am linken Ohr ankommt, dieselbe ist wie die, die von einer rechten Schallquelle am rechten Ohr ankommt. Hier ist S eine direkte Schalltransfercharakteristik vom vorderen Lautsprecher, A eine indirekte Schalltransfercharakteristik vom vorderen Lautsprecher, S' eine direkte Schalltransfercharakteristik vom hinteren Lautsprecher, und A' eine indirekte Schalltransfercharakteristik vom hinteren Lautsprecher. Nach dem Durchgang der vier Schallquellen FR, FL, RR und RL durch den Raum mit den Transfercharakteristiken S, A, S' und A' werden die Zustände im Frequenzbereich zu: ER = S·FR + A·FL + S'·RR + A'RL EL = A·FR + A·FL + A'·RR + A'RL und die beiden obigen Gleichungen werden durch das in 4 gezeigte Signaldiagramm erreicht.

Bis hierin wurde das Verfahren zum Umwandeln von 4-Kanaleingangsignalen in 2 Signale beschrieben. Das Verfahren von S'–A' im Signaldiagramm der 4 kann durch FIR-Filterung (Endliche-Impulsantwort-Filterung) des eingegebenen Digitalsignals erhalten werden.

Im Falle eines Lautsprechermodus wird, wenn der Kopfhörermodus so verwendet würde, wie er ist, die Interferenz zwischen den von den Lautsprechern R und L ausgegebenen Signalen erzeugt und ergibt in der Tat einen falschen Effekt im Ohr des Hörers. Wenn die Signale EL und ER, die in dem Kopfhörermodus bearbeitet werden, durch zwei Lautsprecher ausgegeben werden, ist der den Hörer erreichende Schall folgender: EL' = S·EK + A·ER ER' = A·EL + S·ER und folglich kann die gewünschte Charakteristik nicht erhalten werden. Jedoch sollte auch im Lautsprechermodus derselbe Effekt wie im Kopfhörermodus erreicht werden. Das heißt, es soll erreicht werden, dass EL' = EL und ER' = ER. Also kann der Algorithmus für den Kopfhörermodus nicht verwendet werden, und ein zusätzlicher Algorithmus ist notwendig. Entsprechend dem Signaldiagramm der 6. Die 4-Kanal-Tonsignale FL, FR, RL und RR werden durch den zweiten DSP 70 in 2-Kanalsignale OL und OR umgewandelt, also:

Da die Signale OL und OR der obigen Gleichungen durch die Signale EL und Er ersetzt werden, werden die Charakteristiken der durch den Raum übertragenen Signale EL' und ER' gleich den Charakteristiken der Signale EL und ER des Kopfhörermodus.

Der Hardwareaufbau der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des DSP ist im Aufbau ähnlich dem der koreanischen Patentanmeldung Nr. 91-2402 und unterscheidet sich durch die Serienschaltung des Ton erzeugenden, ersten DSP 30 mit dem zweiten DSP 70 für eine stereophone Verarbeitung durch Lokalisierungsvorgänge und Vorgänge zur Entfernung von Übersprechen.

Der in dem ersten DSP 30 und in dem zweiten DSP 70 verwendete Algorithmus wird von dem Mikrocomputer 60 aus betrieben, in dessen Speicher der entsprechende Algorithmus und die Datenkoeffizienten gespeichert sind. Der Mikrocomputer 60 erkennt den Kopfhörermodus oder Lautsprechermodus durch die Tastatur 50 und betreibt den dem jeweiligen Modus entsprechenden DSP-Algorithmus und steuert den Verstärker 90, wodurch die Kopfhörer- und Lautsprecherleitung umgeschaltet werden.

Hiernach werden die Signale der 4 und 6 unter Verwendung von Matrizen analysiert, was zeigt, dass die Ausgangssignale EL und ER des Kopfhörermodus gleich den Signalen EL' und ER' des Lautsprechermodus sind.

Die Analyse des Diagramms der 4 ergibt:

In der Tat wird das Verfahren von den DSPs hier ausgeführt, und dann werden die Signale OR und OL von den Lautsprechern ausgegeben. Da das von den Lautsprechern ausgegebene Signal das Zuhörerohr über die Transfercharakteristiken S und A erreicht, wie in 5 gezeigt, ist die charakteristische Gleichung folgende:

Demzufolge ist die Charakteristik des Kopfhörermodus gleich der des Lautsprechermodus.

Wie oben beschrieben, wandelt die vorliegende Erfindung 2-Kanalstereosignale in 4-Kanal-Tonsignale um, verarbeitet sie wieder in 2-Kanalsignale und erzeugt Tonsignale, entsprechend dem Kopfhörermodus oder dem Lautsprechermodus für die 2-Kanal-Tonsignale, so dass der Nachteil der herkömmlichen 4-Kanal-Ton-Erzeugungsvorrichtung überwunden wird.