Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Audioverstärkungssysteme und insbesondere auf jene Systeme und Verfahren, welche entworfen wurden, um den Realismus einer räumlichen bzw. Stereo-Klangreduktion zu verbessern. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein Gerät zum Überwinden der akustischen Abbildungs- und Frequenzantwortmängel eines Ton- bzw. Klangsystems, wie diese durch einen Zuhörer wahrgenommen werden.

In einer Ton- bzw. Klangreproduktionsumgebung können verschiedene Faktoren dazu dienen, die Qualität eines reproduzierten Tons bzw. Klangs, wie er von einem Zuhörer wahrgenommen wird, zu verschlechtern. Solche Faktoren unterscheiden die Klangreproduktion bzw. -wiedergabe von jener einer originalen Ton- bzw. Klangbühne. Ein derartiger Faktor ist der Aufstellungsort von Lautsprechern in einer Klangbühne, welche bei unpassender Plazierung zu einer verzerrten Schalldruckantwort über das hörbare Frequenzspektrum führen können. Der Aufstellungsort von Lautsprechern beeinflußt ebenso die wahrgenommene Breite einer Klangbühne. Beispielsweise wirken Lautsprecher als Punktquellen für Schall, was ihre Fähigkeit begrenzt, hallende bzw. reflektierende Klängen zu reproduzieren, welche in einer Lifeklangbühne leicht wahrgenommen werden. Tatsächlich ist die wahrgenommene Breite einer Klangbühne von vielen Audioreproduktionssystemen auf jene Distanz begrenzt, welche ein Paar von Lautsprechern trennt, welche vor einem Zuhörer aufgestellt sind. Ein anderer Faktor zum Verschlechtern der Qualität eines reproduzierten Klangs bzw. Tons kann von Mikrofonen herrühren, welche einen Ton unterschiedlich von der Art aufnehmen, wie das menschliche Gehörsysteme Schall wahrnimmt. In einem Bemühen, jene Faktoren, welche die Qualität eines reproduzierten Tons vermindern, zu überwinden, wurde zahllose Anstrengungen unternommen, um die Charakteristika bzw. Merkmale einer Ton- bzw. Klangreproduktionsumgebung zu ändern, um jene nachzuahmen, wie sie durch einen Zuhörer in einer Lifeklangbühne gehört wird.

Einige Anstrengungen bei einer räumlichen bzw. Stereo-Bild-Verstärkung waren auf die akustischen Möglichkeiten und Begrenzungen des menschlichen Ohrs fokussiert. Der hörbare Bereich des menschlichen Ohrs ist empfindlich für die Schallintensität, Phasendifferenzen zwischen bestimmten Klängen bzw. Tönen, die Frequenz des Tons selbst und für die Richtung, von der der Ton herrührt. Ungeachtet der Komplexität des menschlichen Gehörsystems ist die Frequenzantwort bzw, der Frequenzbereich des menschlichen Ohrs relativ konstant von Person zu Person.

Wenn Schallwellen, welche einen konstanten Schalldruck über alle Frequenzen aufweisen, von einer einzigen Örtlichkeit auf einen Zuhörer gerichtet werden, wird das menschliche Ohr unterschiedlich auf die individuellen Frequenzkomponenten des Schalls reagieren. Wenn beispielsweise Schall bzw. Ton gleichen Schalldrucks von vorne auf den Zuhörer gerichtet wird, unterscheidet sich der im Ohr des Zuhörers erzeugte Schalldruckpegel für einen Ton von 1000 Hertz von jenem bei 2000 Hertz.

Zusätzlich zur Frequenzempfindlichkeit reagiert das menschliche Gehörsystem unterschiedlich auf Töne bzw. Klänge, welche aus verschiedenen Winkeln auf das Ohr treffen. Insbesondere wird sich der Schalldruckpegel innerhalb des menschlichen Ohrs mit der Richtung des Tons verändern. Die Gestalt des äußeren Ohrs oder der Ohrmuschel und der innere Ohrkanal sind in hohem Maße für die Frequenznachbildung von Tönen als eine Funktion der Richtung verantwortlich.

Der menschliche Gehörantwort ist für Veränderungen sowohl im Azimut als auch in der Höhe eines Schallursprungs empfindlich. Dies ist insbesondere richtig für komplexe Ton- bzw. Schallsignale, d. h. für solche, welche über mehrfache bzw. multiple Frequenzkomponenten verfügen, und für höhere Frequenzkomponenten bzw. -anteile im allgemeinen. Die Abweichung im Schalldruck unter den Frequenzkomponenten innerhalb des Ohrs wird durch das Gehirn interpretiert, um Anzeigen für den Ursprung eines Tons anzubieten. Wenn ein aufgenommener Ton reproduziert wird, werden die Richtungshinweise auf den Ursprung des Tons, wie sie durch das Ohr aus der Schalldruckinformation interpretiert werden, somit abhängig vom tatsächlichen Aufstellungsort von Lautsprechern, welche den Ton reproduzieren.

Ein konstanter Schalldruckpegel, d. h. ein "flacher" Schalldruck gegen die Frequenzantwort, kann an den Ohren eines Zuhörers durch Lautsprecher erzielt werden, welche direkt vor dem Zuhörer positioniert sind. Eine derartige Antwort ist oft wünschenswert, um ein realistisches Klangbild zu erzielen. Jedoch kann die Qualität eines Satzes von Lautsprechern weniger als ideal sein und sie können nicht an der akustisch wünschenswertesten Stelle plaziert sein. Diese beiden Faktoren führen auch zu zerrissenen bzw. gespalteten Charakteristika der Schalldrucks. Tonsysteme des Standes der Technik haben Verfahren geoffenbart, um den von Lautsprechern herrührenden Schalldruck zu "korrigieren", um eine räumlich korrekte Antwort zu erzeugen, wodurch das resultierende Klangbild verbessert wird.

Um eine räumlich korrektere Antwort für ein gegebenes Klangsystem zu erzielen, ist es bekannt, auf den Kopf bezogene Transferfunktionen bzw. Außenohrübertragungsfunktionen (HRTFs) auszuwählen und auf ein Audiosignal anzuwenden. HRTFs basieren auf der Akustik des menschlichen Gehörsystems. Eine Anwendung einer HRTF wird dazu benützt, um die Amplituden von Abschnitten bzw. Bereichen des Audiosignals zur Kompensation einer räumlichen Verzerrung anzugleichen. HRTF-basierende Prinzipien können ebenso benützt werden, um ein räumliches bzw. Stereo-Bild von nicht optimal plazierten Lautsprechern zu relokalisieren. Beispielsweise offenbart EP-A-0 756 437 ein akustisches Gerät, welches über eine Stereo-Bild-Korrekturschaltung für eine räumliche Korrektur verfügt, welche an eine Stereobild-Verstärkungsschaltung gekoppelt ist.

Ein zweiter Typ eines Mangels kommt des öfteren vor, weil es schwierig ist, niederfrequente Töne, wie Baß, adäquat zu reproduzieren. Verschiedene konventionelle Annäherungen zur Verbesserung des Ausgangs von niederfrequenten Tönen beinhalten die Verwendung qualitativ höherwertiger Lautsprecher mit größeren Konusflächen, größeren Magneten, größeren Gehäusen oder größeren Konus- bzw. Membranauslenkungseigenschaften. Zusätzlich dazu versuchten konventionelle Systeme, niederfrequente Töne mit Resonanzkammern und Hörnern zu reproduzieren, welche die akustische Impedanz der Lautsprecher an die akustische Impedanz des den Lautsprecher umgebenden freien Raums anpassen. Beispielsweise WO offenbart 99/26454 ein Niederfrequenz-Audiosimulationssystem zur Verstärkung des wahrgenommenen Niederfrequenzanteils, der durch einen akustischen Wandler erzeugten akustischen Energie.

Nicht alle Systeme jedoch können einfach teurere oder leistungsstärkere Lautsprecher zur Reproduktion von niederfrequenten bzw. Niederfrequenztönen verwenden. Einige konventionelle Tonsysteme, wie z. B. Kompaktaudiosysteme und Multimedia-Computersysteme stützen sich auf kleine Lautsprecher. Zusätzlich dazu verwenden viele Audiosysteme weniger genaue Lautsprecher, um die Kosten zu sparen. Solche Lautsprecher verfügen typischerweise nicht über die Fähigkeit einer geeigneten Reproduktion von niederfrequenten Tönen und als Folge davon sind die Töne typischerweise nicht so robust bzw. kernig oder erfreulich, wie Systeme, welche niederfrequente Töne mit höherer Genauigkeit reproduzieren.

Einige konventionelle Verstärkersysteme versuchen, die ärmliche Reproduktion von niederfrequenten Tönen zu kompensieren, indem die niederfrequenten Signale vor der Zuführung der Signale an den Lautsprecher verstärkt werden. Ein Verstärken der niederfrequenten Signale liefert eine größere Menge an Energie an die Lautsprecher, welche ihrerseits die Lautsprecher mit größerer Kraft betreibt. Solche Versuche, die niederfrequenten Töne zu verstärken, kann jedoch in einem Übersteuern der Lautsprecher zu resultieren. Unglücklicher Weise kann ein Übersteuern der Lautsprecher das Hintergrundrauschen erhöhen, störende Verzerrungen einführen bzw. einbringen und die Lautsprecher zerstören bzw. beschädigen.

Noch andere konventionelle Systeme verzerren in einem Bemühen bzw. Versuch, den Mangel an niedrigen Frequenzen zu kompensieren, die Reproduktion der höheren Frequenzen auf Arten, welche eine unerwünschte Klangfärbung hinzufügen.

Eine dritte Schwierigkeit entsteht, weil Töne, welche von vielfachen Örtlichkeiten herrühren, oft nicht geeignet in einem Audiosystem reproduziert werden. Eine Annäherung, welche sich auf die Verbesserung der Reproduktion eines Tons richtet, beinhaltet umgebende bzw. Surround-Tonsysteme, welche über mehrfache bzw. mehrere Aufnahmespuren verfügen. Die mehrfachen Aufnahmespuren werden dazu benützt, um die räumliche Information in Verbindung mit Tönen, welche von vielfachen Örtlichkeiten herrühren, aufzunehmen.

Beispielsweise beinhalten bei einem umgebenden Schallsystem einige der Aufnahmespuren Töne, welche ihren Ursprung vor dem Zuhörer haben, während andere Aufnahmespuren Töne beinhalten, welche ihren Ursprung hinter dem Zuhörer haben. Wenn mehrfache bzw. mehrere Lautsprecher rund um den Zuhörer angeordnet sind, läßt die in den Aufnahmespuren beinhaltete Audioinformation den produzierten Ton für den Zuhörer realistischer erscheinen. Solche Systeme sind jedoch typischerweise teurer als Systeme, welche keine mehrfachen Aufnahmespuren und Mehrfach-Lautsprecheranordnungen benützen.

Um Kosten zu sparen, versuchen viele konventionelle Systeme mit zwei Lautsprechern, einen Eindruck von umgebenden Schall zu simulieren, indem unnatürliche Zeitverzögerungen bzw. Laufzeitverzögerungen oder Phasenverschiebungen zwischen linker und rechter Signalquelle eingeführt werden. Unglücklicher Weise leiden solche Systeme oft unter unrealistischen Effekten in dem reproduzierten Klang.

Andere bekannte Ton- bzw. Klangverstärkertechniken arbeiten mit sogenannten "Summen"- und "Differenz"-Signalen. Das Summensignal, welches auch das monophone Signal genannt wird, ist die Summe des linken und rechten Signals. Dies kann als Addieren oder Kombinieren des linken und rechten Signals (L + R) aufgefaßt werden.

Andererseits repräsentiert das Differenzsignal die Differenz zwischen den zwei linken und rechten Audiosignalen. Dies wird am besten durch ein Subtrahieren des rechten Signals von dem linken Signal (L – R) aufgefaßt. Das Differenzsignal wird auch oft als das ambiente bzw. Umgebungssignal bezeichnet.

Es ist bekannt, daß ein Modifizieren von bestimmten Frequenzen im Differenzsignal den wahrgenommenen Klang, welcher von dem linken und rechten Lautsprecher abgestrahlt wird, ausweiten kann. Das ausgeweitete bzw. verbreiterte Klangbild resultiert typischerweise aus einer Änderung der reflektierten bzw. hallenden Klänge, welche im Differenzsignal vorhanden sind.

Die Schaltungs- bzw. Schaltanordnung, welche die Summen- und Differenzsignale erzeugt, erzeugt jedoch die Summen- und Differenzsignale durch Bearbeiten bzw. Verarbeiten des linken und rechten Eingangssignals. Sobald die Schaltanordnung die Summen- und Differenzsignale erzeugt, bearbeitet und rekombiniert eine zusätzliche Schaltanordnung die Summen- und Differenzsignale, um einen verstärkten Klangeffekt zu produzieren.

Typischerweise werden die Erzeugung und ein Bearbeiten des Summen- und Differenzsignals mit digitalen Signalprozessoren, Operationsverstärkern und dgl. erzielt. Solche Implementierungen erfordern üblicherweise komplizierte Schaltanordnungen, welche die Kosten eines solchen Systems steigern. Somit besteht, ungeachtet der Beiträge des Standes der Technik, ein Bedarf für ein vereinfachtes Audioverstärkersystem, welches Kosten reduziert, welche in Verbindung mit der Erzeugung eines gesteigerten Höreindrucks stehen.

Die vorliegende Erfindung löst diese und andere Probleme, indem eine Signalverarbeitungstechnik zur Verfügung gestellt, welche die Größe des Bilds, Baßwiedergabe und Dynamik eines Audiosystems bemerkenswert verbessert, indem der Zuhörer mit einer einnehmenden und wuchtigen Darstellung des Audiovortrags umgeben wird. Es verbessert den Höreindruck für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Computer, Multimedia, Fernsehgeräte, Resonanz- bzw. Reflexboxen, Automobile, Heimaudio und tragbare Audiosysteme. In einer Ausführung korrigiert das Klangkorrektursystem für die offensichtliche Aufstellung bzw. Anordnung der Lautsprecher, das durch die Lautsprecher erzeugte Bild und die für niedere Frequenzen durch die Lautsprecher produzierte Antwort. In einer Ausführung verstärkt das Klangkorrektursystem räumliche und Frequenzantwort-Charakteristika eines durch zwei oder mehrere Lautsprecher reproduzierten Klangs. Das Audiokorrektursystem beinhaltet ein Spiegelsignal- bzw. Bildkorrekturmodul, welches das vom Zuhörer wahrgenommene vertikale Bild bzw. Spiegelbild des durch die Lautsprecher reproduzierten Tons korrigiert, ein Baßverstärkermodul, welches die vom Zuhörer empfundene Baßantwort der Lautsprecher verbessert, und ein Bildverstärkungsmodul, welches das vom Zuhörer wahrgenommene horizontale Bild der augenscheinlichen Klangbühne verstärkt.

In einer Ausführungsform werden drei Verarbeitungstechniken benützt. Räumliche Hinweise, welche für ein Positionieren eines Klangs außerhalb der Ränder der Lautsprecher verantwortlich sind, werden durch Benützen der Außenohrübertragungsfunktionen (HRTFs) entzerrt. Diese HRTF-Korrekturkurven begründen bzw. sind dafür verantwortlich, wie das Gehirn die Örtlichkeit von Tönen an den Seiten des Zuhörers sogar dann wahrnimmt, wenn diese durch Lautsprecher, welche sich vor dem Zuhörer befinden, wiedergegeben werden. Als Ergebnis erfolgt die Darstellung von Instrumenten und Sängern an ihrem geeigneten Platz mit der Addition von indirekten und reflektierten Tönen, welche sich überall im umgebenden Raum befinden. Ein zweiter Satz von HRTF-Korrekturkurven dehnt bzw. expandiert und erhebt die offenbare bzw. augenscheinliche Größe des räumlichen bzw. Stereo-Bilds, so daß die Klangbühne einen Maßstab einnimmt, welcher in einem immensen Verhältnis im Vergleich zu den Aufstellungsorten der Lautsprecher steht. Schließlich wird eine Baßwiedergabe durch eine psychoakustische Technik verstärkt, welche die Wahrnehmung von niederfrequenten Grundtönen wieder herstellt, indem harmonische bzw. Oberschwingungen dynamisch vergrößert werden, welche der Lautsprecher leichter reproduzieren kann.

Das akustische Korrektursystem und die damit verbundenen Verfahren einer Arbeitsweise stellen ein hoch entwickeltes und effektives System zur Verbesserung des vertikalen, horizontalen und spektralen Klangbilds in einer nicht perfekten Reproduktionsumgebung zur Verfügung. In einer Ausführungsform korrigiert das System zuerst das vertikale Bild, welches durch die Lautsprecher erzeugt wird, danach wird der Baß verstärkt und schließlich wird das horizontale Bild korrigiert. Die vertikale Bildverstärkung beinhaltet typischerweise eine ziemliche Betonung der niedrigen Frequenzbereiche des Tons, und somit trägt ein Bereitstellen einer vertikalen Verstärkung vor der Baßverstärkung zum Gesamteffekt der den Baß verstärkenden Verarbeitung bei. Die Baßverstärkung bietet ein gewisses Mischen der gemeinsamen Bereiche der linken und rechten Bereichen der niederfrequenten Information in einem stereophonen bzw. Raumtonsignal (Gleichtakt) an. Im Gegensatz dazu stellt die horizontale Bildverstärkung eine gewisse Verstärkung und Formung der Differenzen zwischen den linken und rechten Bereichen (Differentialtakt bzw. -modus) zur Verfügung. Somit wird in einer Ausführungsform in vorteilhafter Weise eine Baßverstärkung vor der horizontalen Bildverstärkung zur Verfügung gestellt, um die im Gleichtakt und Differenzmodus befindlichen Bereiche des stereophonen Signals auszugleichen, um einen angenehmen Effekt für den Zuhörer zu erzeugen.

Zum Erzielen eines verbesserten räumlichen Bilds in der vertikalen Ebene teilt eine Bildkorrekturvorrichtung ein Eingabe- bzw. Eingangssignal in erste und zweite Frequenzbereiche, welche gemeinsam im wesentlichen das gesamte Audiofrequenzspektrum beinhalten. Die Frequenzantwort-Charakteristika des Eingangssignals innerhalb der ersten und zweiten Frequenzbereiche werden getrennt korrigiert und kombiniert, um ein Ausgabe- bzw. Ausgangssignal zu erzeugen, welches mit Bezug auf einen Zuhörer über eine relativ flache Frequenzantwort-Charakteristik verfügt. Der Pegel einer Frequenzkorrektur, d. h. eine Schallenergiekorrektur, hängt von der Reproduktionsumgebung ab und ist darauf zugeschnitten, die akustischen Begrenzungen einer solchen Umgebung zu überwinden. Der Entwurf des akustischen Korrekturgeräts erlaubt es, daß eine leichte und unabhängige Korrektur des Eingangssignals innerhalb individueller Frequenzbereiche ein räumlich korrigiertes und verschobenes Ton- bzw. Klangbild erzielt.

Innerhalb einer Audioreproduktionsumgebung können Lautsprecher schlecht aufgestellt sein, wodurch ein von dem Zuhörer wahrgenommenes Klangbild nachteilig beeinflußt wird. Beispielsweise erzeugen Kopfhörer oft ein unerfreuliches Klangbild, weil die Wandler in nächster Nähe zu den Ohren des Zuhörers angeordnet sind. Das akustische Korrekturgerät der vorliegenden Erfindung verschiebt das Klangbild an eine angenehmer erscheinende Position.

Durch Anwendung des akustischen Korrekturgeräts kann ein räumliches Bild, welches aus einer Wiedergabe eines Audiosignals erzeugt wird, räumlich korrigiert werden, um eine wahrgenommene Ursprungsquelle zu übertragen, welche über eine vertikale und/oder horizontale Position verschieden von der Position der Lautsprecher verfügt. Die exakte Quelle des Ursprungs bzw. Ursprungsquelle, welche durch einen Zuhörer wahrgenommen wird, wird vom Pegel bzw. dem Niveau einer räumlichen Korrektur abhängen.

Sobald ein wahrgenommener Schallursprung durch Korrektur der räumlichen Verzerrung erzielt wird, kann das korrigierte Audiosignal verstärkt werden, um ein erweitertes Stereo-Bild zur Verfügung zu stellen. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform berücksichtigt eine räumliche bzw. Stereo-Bildverstärkung eines verschobenen Audiobilds akustische Prinzipien des menschlichen Hörens, um den Zuhörer in einer realistischen Klangbühne zu umhüllen. In diesen Schall- bzw. Klang- bzw. Tonreproduktionsumgebungen, in welchen eine Hörposition relativ fixiert ist (wie das Innere eines Automobils, Multimedia-Computersysteme, Bücherregal- bzw. Regallautsprechersysteme usw.), ist der Betrag bzw. das Ausmaß an Raumbildverstärkung, welche auf das Audiosignal angewendet wird, teilweise durch die tatsächliche Position der Lautsprecher in Bezug auf den Zuhörer bestimmt.

In Lautsprechern, welche bestimmte, niederfrequente Töne nicht reproduzieren, erzeugt die Erfindung die Illusion, daß die fehlenden niederfrequenten Töne existieren. Somit nimmt ein Zuhörer niedere Frequenzen wahr, welche unter jenen Frequenzen liegen, die von dem Lautsprecher tatsächlich genau reproduziert werden können. Dieser illusionäre Effekt wird erzielt, indem auf einzigartige Weise ausgenützt wird, wie das menschliche Gehörsystem Schall bzw. Ton verarbeitet.

Eine Ausführungsform der Erfindung nützt aus bzw. verwertet, wie ein Zuhörer Musik oder andere Klänge mental wahrnimmt. Die Verarbeitung einer Schall- bzw. Klangreproduktion endet nicht bei der durch die Lautsprecher erzeugten akustischen Energie, sondern beinhaltet die Ohren, Hörnerven, Gehirn und Gedankenvorgänge des Zuhörers. Ein Hören beginnt mit der Aktion des Ohr und des Hörnervensystems. Das menschliche Ohr kann als ein empfindliches Übersetzungssystem betrachtet werden, welches akustische Vibrationen empfängt, diese Vibrationen in Nervenimpulse umwandelt und schließlich in die "Sensation" oder Wahrnehmung von Schall umwandelt.

Vorteilhafter Weise nützen einige Ausführungsformen der Erfindung aus, wie das menschliche Ohr Obertöne und Harmonische bzw. Oberschwingungen von niederfrequenten Tönen verarbeitet, um die Wahrnehmung zu erzeugen, daß nicht existierende, niederfrequente Töne von einem Lautsprecher abgestrahlt bzw. ausgesandt werden. In einigen Ausführungsformen werden die Frequenzen in Bändern höherer Frequenz selektiv verarbeitet, um die Illusion von niederfrequenten Signalen zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen werden bestimmte Bänder höherer Frequenz mit einer Vielzahl an Filterfunktionen modifiziert.

Zusätzlich sind einige Ausführungsformen der Erfindung dazu entworfen, um die Niederfrequenzverstärkung von populärem Audioprogrammaterial, wie z. B. Musik, zu verbessern. Die meiste Musik ist reich an Harmonischen. Demgemäß können diese Ausführungsformen eine breite Vielzahl von Musiktypen modifizieren, um auszunützen, wie das menschliche Ohr niederfrequente Töne bzw. Töne niederer Frequenz verarbeitet. Vorteilhafter Weise kann Musik in existierenden Formaten verarbeitet werden, um die erwünschten Effekte zu erzeugen.

Diese neue Annäherung erzeugt eine Anzahl von bemerkenswerten Vorteilen. Da ein Zuhörer niederfrequente Töne wahrnimmt, welche nicht wirklich bzw. tatsächlich existieren, ist der Bedarf an großen Lautsprechern, größeren Konus- bzw. Membranauslenkungen oder zugefügten Hörnern reduziert. Somit können in einer Ausführungsform kleine Lautsprecher so erscheinen, als würden sie die niederfrequenten Töne von größeren Lautsprechern abstrahlen. Wie erwartet werden kann, erzeugt diese Ausführungsform die Wahrnehmung an niederfrequentem Audio, wie Baß, in Klangumgebungen, welche für große Lautsprecher zu klein sind. Große Lautsprecher werden ebenfalls begünstigt, indem sie die Wahrnehmung erzeugen, daß sie verstärkte niederfrequente Töne erzeugen.

Zusätzlich können mit einer Ausführungsform der Erfindung die kleinen Lautsprecher in hand-held und tragbaren Tonsystemen eine angenehmere Wahrnehmung von niederfrequenten Tönen erzeugen. Somit muß der Zuhörer die niederfrequente Klangqualität nicht der Portabilität opfern.

In einer Ausführungsform der Erfindung erzeugen billige Lautsprecher die Illusion von niederfrequenten Tönen. Viele billige bzw. Billiglautsprecher können niederfrequente Töne nicht angemessen reproduzieren. Anders als niederfrequente Töne mit teuren Lautsprechergehäusen, Hochleistungskomponenten und großen Magneten zu reproduzieren, benützt einer Ausführungsform höherfrequente Töne bzw. Töne mit höherer Frequenz, um die Illusion von niederfrequenten Tönen zu erzeugen. Als Ergebnis können niederpreisige bzw. billigere Lautsprecher benützt werden, um einen realistischeren und robusten Höreindruck zu erzeugen.

Darüber hinaus erzeugt in einer Ausführungsform die Illusion von niederfrequenten Tönen einen gesteigerten Höreindruck, welcher den Realismus des Klangs anhebt. Somit reproduziert, anstelle der Reproduktion der schwammigen oder wackeligen Niederfrequenztöne, wie sie in vielen Niedrigpreissystemen des Standes der Technik existieren, eine Ausführungsform der Erfindung Töne, welche als genauer und klarer wahrgenommen werden. Derartige niederpreisige Audio- und audiovisuelle Geräte können beispielsweise Radios, mobile Audiosysteme, Computerspiele, Lautsprecher, Compact-Disk-(CD)-Player, DVD-Player, Multimedia-Präsentationsgeräte, Computersoundkarten und dgl. beinhalten.

In einer Ausführungsform erfordert ein Erzeugen der Illusion von niederfrequenten Tönen weniger Energie als ein tatsächliches Reproduzieren der niederfrequenten Töne. Somit können Systeme, welche Batterie-betrieben sind, Niederleistungsumgebungen, kleine Lautsprecher, Multimedia-Lautsprecher, Kopfhörer und dgl. die Illusion niederfrequenter Töne erzeugen, ohne soviel kostbare Energie zu konsumieren wie Systeme, welche niederfrequente Töne einfach nur verstärken oder anheben.

Ändere Ausführungsformen der Erfindung erzeugen die Illusion von niederfrequenten Signalen mit besonderen Schaltanordnungen. Diese Schaltungen sind einfacher als Niederfrequenzverstärker des Standes der Technik und reduzieren somit die Herstellungskosten. Vorteilhafter Weise sind diese Kosten geringer als Tonverstärkungsgeräte des Standes der Technik, welche komplexe Schaltanordnungen hinzufügen.

Noch andere Ausführungsformen der Erfindung stützen sich auf einen Mikroprozessor, welcher die geoffenbarten Niederfrequenz-Verstärkungstechniken implementiert. In einigen Fällen können existierende, verarbeitende Audiokomponenten neu programmiert werden, um die geoffenbarten einzigartigen Niederfrequenz-Signalverstärkungstechniken einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung zu stellen. Als Ergebnis werden die Kosten eines Hinzufügens einer Niederfrequenzverstärkung zu existierenden Systemen bemerkenswert reduziert.

In einer Ausführungsform empfängt das Tonverstärkungsgerät ein oder mehrere Eingangssignal e) von einem Hostsystem bzw. Zentralsystem und generiert bzw. erzeugt in der Folge ein oder mehrere verstärktes) Ausgangssignal(e). Insbesondere werden die zwei Eingangssignale verarbeitet, um ein Paar von spektral verstärkten Ausgangssignalen zur Verfügung zu stellen, so daß sie, wenn sie auf einem Lautsprecher wiedergegeben und von einem Zuhörer gehört werden, die Empfindung eines ausgeweiteten bzw. verbreiterten Basses produzieren. In einer Ausführungsform wird die niederfrequente Audioinformation in einer unterschiedlichen bzw. anderen Art modifiziert als die hochfrequente Audioinformation.

In einer Ausführungsform empfängt das Klangverstärkungsgerät ein oder mehrere Eingangssignal(e) und erzeugt ein oder mehrere verstärkte s) Ausgangssignal(e). Insbesondere die Eingangssignale umfassen Wellenformen, welche über einen ersten Frequenzbereich und einen zweiten Frequenzbereich verfügen. Die Eingangssignale werden verarbeitet, um die verstärkten Ausgangssignale zur Verfügung zu stellen, so daß diese, wenn sie auf einem Lautsprecher wiedergegeben und von einem Zuhörer gehört werden, die Empfindung eines verbreiterten Basses produzieren. Zusätzlich kann die Ausführungsform die Information in dem ersten Frequenzbereich in einer unterschiedlichen Art als die Information des zweiten Frequenzbereichs modifizieren. In einigen Ausführungsformen kann der erste Frequenzbereich Baßfrequenzen betreffen, welche für den gewünschten Lautsprecher zu tief für eine Reproduktion sind, und der zweite Frequenzbereich kann mittlere Baßfrequenzen betreffen, welche der Lautsprecher reproduzieren kann.

Eine Ausführungsform modifiziert die Audioinformation, welche beiden Stereokanälen gemeinsam ist, auf eine Weise, welche sich von der Energie unterscheidet, welche nicht gemeinsam bzw. üblich für beide Kanäle ist. Auf die Audioinformation, welchen beiden Eingangssignal gemeinsam vorliegt, wird als das kombinierte Signal Bezug genommen werden. In einer Ausführungsform form das Verstärkungssystem spektral die Amplitude der Phase und Frequenzen im kombinierten Signal, um das Clipping bzw. Aussetzen zu reduzieren, welches aus Eingangssignalen hoher Amplitude resultieren kann, ohne die Wahrnehmung zu entfernen, daß die Audioinformation eine räumliche bzw. in Stereo ist.

Wie unten detaillierter besprochen werden wird, formt eine Ausführungsform des Klangverstärkungssystem spektral das kombinierte Signal durch eine Vielzahl bzw. Anzahl von Filtern, um ein verbessertes bzw. verstärktes Signal zu erzeugen. Durch Verstärken von ausgewählten Frequenzbändern innerhalb des kombinierten Signals, stellt die Ausführungsform eine wahrgenommene Lautsprecherbandbreite zur Verfügung, welche breiter ist als die tatsächliche Lautsprecherbandbreite.

Eine Ausführungsform des Tonverstärkungsgeräts beinhaltet Feedforward- bzw. Mitkopplungssignalwege bzw. -pfade für die zwei Stereokanäle und drei parallele Filter für den kombinierten Signalweg bzw. Weg des kombinierten Signals. Jedes der vier parallelen Filter umfaßt ein Bandpaßfilter sechster Ordnung, bestehend aus drei in Serie geschalteten bzw. verbundenen biquadratischen Filtern. Die Übertragungsfunktionen für diese vier Filter sind speziell ausgewählt, um eine Phasen- und/oder Amplitudenformgestaltung verschiedener Harmonischer des niederfrequenten Inhalts eines Audiosignals zur Verfügung zu stellen. Das Gestalten erhöht unerwarteter Weise die wahrgenommene Bandbreite des Audiosignals, wenn dieses über Lautsprecher wiedergegeben wird. In einer anderen Ausführungsform werden die Filter sechster Ordnung durch Chebychev-Filter niedrigerer Ordnung ersetzt.

Da das spektrale Formen bzw. Gestalten an dem kombinierten Signal auftritt bzw. vorgenommen wird, welches dann mit der räumlichen bzw. Stereoinformation in dem Mitkopplungspfad kombiniert wird, können die Frequenzen in dem kombinierten Signal so verändert werden, daß beide Stereokanäle beeinflußt werden, und einige Signale in bestimmten Frequenzbereichen werden von einem Stereokanal zu dem anderen Stereokanal gekoppelt. Als ein Ergebnis erzeugen verschiedenen Ausführungsformen einen verbesserten Audioklang in einer gänzlich einzigartigen, neuartigen und unerwarteten Weise.

Das Klangverstärkungsgerät kann in der Folge mit einer oder mehreren nachfolgenden Signalverarbeitungsstufe(n) verbunden werden. Diese nachfolgenden Stufen können eine verbesserte Klangbühne oder räumliche Verarbeitung zur Verfügung stellen. Die Ausgangssignale können auch zu anderen Audiogeräten bzw. -vorrichtungen gerichtet werden, wie z. B. Aufnahmegeräte, Leistungsverstärker, Lautsprecher und dgl., ohne den Betrieb des Klangverstärkungsgeräts zu beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung bietet auch ein einzigartiges differentielles, perspektivisches bzw. Differentialperspektive-Korrektursystem an, um die horizontalen Aspekte des Klangbilds zu verbessern. Das Differentialperspektiven-Korrektursystem verbessert den Klang bzw. Ton auf eine völlig andere Art als andere Klangverstärkungseinrichtungen. Vorteilhafter Weise kann die Ausführungsform des Perspektivenkorrektursystems dazu eingesetzt werden, um den Klang über einen weiten Bereich von niederpreisigen Audio- und audiovisuellen Einrichtungen zu verbessern, welche beispielsweise Radios, mobile Audiosysteme, Computerspiele, Multimedia-Präsentationseinrichtung und dgl. beinhalten können.

Allgemein gesprochen, empfängt das Differentialperspektive-Korrekturgerät zwei Eingangssignale von einem zentralen bzw. Host-System und erzeugt in der Folge zwei verstärkte bzw. verbesserte Ausgangssignale. Insbesondere werden die beiden Eingangssignale kollektiv bzw. gemeinsam verarbeitet, um ein Paar von räumlich korrigierten Ausgangssignalen zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich modifiziert eine Ausführungsform die Audioinformation, welche beiden Eingangssignalen gemeinsam ist, auf eine andere Art als die Audioinformation, welche nicht beiden Eingangssignalen gemeinsam ist.

Auf Audioinformation, welche beiden Eingangssignalen gemeinsam ist, wird als die Gleichtaktinformation oder das Gleichtaktsignal Bezug genommen. Die Gleichtakt-Audioinformation unterscheidet sich von einem Summensignal dadurch, daß sie, anstelle die Summe der Eingangssignale zu enthalten, nur jene Audioinformation beinhaltet, welche in beiden Eingangssignalen zu jedem gegebenen Augenblick der Zeit existieren.

Im Gegensatz wird auf die Audioinformation, welche nicht beiden Eingangssignalen gemeinsam ist, als die Differentialinformation oder das Differentialsignal Bezug genommen. Obwohl die Differentialinformation auf eine andere Weise verarbeitet wird als die Gleichtaktinformation, ist die Differentialinformation nicht ein diskretes Signal. Wie weiter unten detaillierter diskutiert werden wird, formt das Differentialperspektiven-Korrekturgerät das Differentialsignal spektral mit einer Anzahl von Filtern, um ein entzerrtes Differentialsignal zu erzeugen. Durch ein Entzerren von ausgewählten Frequenzbändern innerhalb des Differentialsignals verbreitert das Differentialperspektiven-Korrekturgerät ein wahrgenommenes Klangbild, welches von einem Paar von Lautsprechern projiziert bzw. abgestrahlt wird, welche vor einem Zuhörer plaziert sind.

Da die Übergangsimpedanznetzwerke die Frequenzbereiche in dem Differentialeingang entzerren bzw. ausgleichen, können die Frequenzen im Differentialsignal verändert werden, ohne die Frequenzen in dem Gleichtaktsignal zu beeinflussen. Als ein Ergebnis ist der Audioton auf eine gänzlich einzigartige und neuartige Weise verbessert bzw. verstärkt.

Die obigen und andere Aspekte, Eigenschaften bzw. Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden besonderen Beschreibung ersichtlicher werden, welche in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen präsentiert wird, worin:

1 ein Blockdiagramm eines Stereo- bzw. Raumbildkorrektursystems ist, welches operativ mit einem Stereoverstärkungssystem und einem Baßverstärkungssystem zur Erzeugung eines realistischen Stereo- bzw. Raumbilds aus einem Paar von Eingangsstereosignalen verbunden ist.

2 ein Diagramm eines Stereosystems ist, beinhaltend einen Stereoempfänger und zwei Lautsprecher.

3 ein Diagramm eines typischen Multimedia-Computersystems ist.

4A eine graphische Darstellung eines gewünschten Schalldrucks gegenüber der Frequenzcharakteristik für ein Audioreproduktions- bzw. -wiedergabesystem ist.

4B eine graphische Darstellung eines Schalldrucks gegenüber einer Frequenzcharakteristik entsprechend einer ersten Audioreproduktionsumgebung ist.

4C eine graphische Darstellung eines Schalldrucks gegenüber einer Frequenzcharakteristik entsprechend einer zweiten Audioreproduktionsumgebung ist.

4D eine graphische Darstellung eines Schalldrucks gegenüber eine Frequenzcharakteristik entsprechend einer dritten Audioreproduktionsumgebung ist.

5 ein schematisches Blockdiagramm eines Energiekorrektursystems ist, welches operativ mit einem Stereobildverstärkungssystem verbunden ist, um ein realistisches Stereobild bzw. Raumbild aus einem Paar von Eingangsstereosignalen zu erzeugen.

6A eine graphische Darstellung der verschiedenen Niveaus bzw. Pegel einer Signalmodifikation ist, welche von einem Niederfrequenz-Korrektursystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zur Verfügung gestellt wird.

6B eine graphische Darstellung der verschiedenen Pegel einer Signalmodifikation ist, welche durch ein Hochfrequenz-Korrektursystem zur Verfügung gestellt wird, um hochfrequente Anteile eines Audiosignals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zu verstärken.

6C eine graphische Darstellung der verschiedenen Pegel einer Signalmodifikation ist, welche durch ein Hochfrequenz-Korrektursystem zur Verfügung gestellt wird, um hochfrequente Anteile eines Audiosignals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zu dämpfen.

6D eine graphische Darstellung einer zusammengesetzten Energiekorrekturkurve ist, die den möglichen Bereich einer Schalldruckkorrektur zum Verschieben eines Stereobilds veranschaulicht.

7 eine graphische Darstellung von verschiedenen Pegeln einer Entzerrung ist, welche an einem Audiodifferenzsignal angewendet werden, um unterschiedliche Mengen bzw. Beträge einer Stereobildverbesserung bzw. -verstärkung zu erhalten.

8A ein Diagramm ist, welches die wahrgenommenen und tatsächlichen Ursprünge von Klängen bzw. Tönen veranschaulicht, welche von einem Zuhörer von Lautsprechern gehört werden, welche an einer ersten Stelle plaziert sind.

8B ein Diagramm ist, welches die wahrgenommenen und tatsächlichen Ursprünge von Tönen veranschaulicht, welche durch einen Zuhörer von Lautsprechern gehört werden, welche an einer zweiten Stelle plaziert sind.

9 ein Diagramm der Frequenzantwort eines typischen kleinen Lautsprechersystems ist.

10 das aktuelle und wahrgenommene Spektrum eines Signals illustriert, welches durch zwei diskrete Frequenzen repräsentiert wird.

11 das aktuelle und wahrgenommene Spektrum eines Signals darstellt, welches durch ein kontinuierliches Spektrum von Frequenzen repräsentiert wird.

12A eine Zeitwellenform eines modulierten Trägers darstellt bzw. illustriert.

12B die Zeitwellenform von 12A nach einer Detektion durch einen Detektor darstellt.

13A ein Blockdiagramm eines Klangsystems mit einer baßverstärkenden Verarbeitung ist.

13B ein Blockdiagramm eines Baßverstärkerprozessors ist, welcher eine Vielzahl von Kanälen zu einem einzelnen Baßkanal kombiniert.

13C ein Blockdiagramm eines Baßverstärkerprozessors ist, welcher mehrere Kanäle getrennt verarbeitet.

14 ein Signalverarbeitungs-Blockdiagramm eines Systems ist, welches eine Baßverstärkung mit einer wählbaren Frequenzantwort zur Verfügung stellt.

15 ein Diagramm der Übertragungsfunktionen des Bandpaßfilters ist, welches in dem Signalverarbeitungsdiagramm verwendet wird, welches in 14 gezeigt ist.

16 ein Zeitbereichsdiagramm ist, welches die Zeit-Amplitudenantwort des Schlagsystems zeigt.

17 ein Zeitbereichsdiagramm ist, welches die Signal- und Hüllbereiche einer typische Baßnote zeigt, welche durch ein Instrument wiedergegeben bzw. gespielt wird, wobei die Hülle bzw. Umhüllende die Anstiegs-, Abkling-, Halte- und Freigabe- bzw. Abfallbereiche zeigt.

18 ein Signalverarbeitungs-Blockdiagramm eines Systems ist, welches eine Baßverstärkung zur Verfügung stellt, indem ein Spitzenkompressor bzw. Spitzenverdichter und ein Baßschlagsystem verwendet werden.

19 ein Zeitbereichsdiagramm ist, welches den Effekt eines Spitzenkompressors auf eine Hülle mit einem schnellen Anschwingen bzw. Anstieg zeigt.

20 ein schematisches Blockdiagramm eines Stereo- bzw. Raumbild-(Differentialperspektive)-Korrektursystems ist.

21 ein Blockdiagramm eines Raumbild-(Differentialperspektive)-Korrektursystems ist, welches nicht explizit Summen- und Differenzsignale entwickelt.

22 eine graphische Darstellung der Gleichtaktverstärkung des Differentialperspektiven-Korrektursystems darstellt bzw. illustriert.

23 eine graphische Darstellung der gesamten Differentialsignal-Abgleich- bzw. Entzerrkurve des Differentialperspektiven-Korrektursystems ist.

24 Blockdiagramm von einer Ausführungsform eines Klangverbesserungssystems ist, welches auf einem einzelnen Chip implementiert werden kann.

25A ein schematisches Diagramm eines linken Kanals eines Vertikalbild-Verstärkungsblock ist, welcher für eine Verwendung in dem in 24 gezeigten System passend bzw. geeignet ist.

25B ein schematisches Diagramm eines rechten Kanals eines Vertikalbild-Verstärkungsblock ist, welcher für eine Verwendung in dem in 24 gezeigten System passend ist.

26 ein schematisches Diagramm eines Baßverstärkungsblocks ist, welcher für eine Verwendung in dem System, welches in 24 gezeigt ist, passend ist.

27 ein schematisches Diagramm eines Filtersystems ist, welches für eine Verwendung in dem Baßverstärkungssystem, welches in 26 gezeigt ist, passend ist.

28 ein schematisches Diagramm eines Kompressorsystems bzw. Verdichtersystems ist, welches für eine Verwendung im Baßverstärkungssystem, welches in 26 gezeigt ist, passend ist.

29 ein schematisches Diagramm eines Horizontalbild-Verstärkungsblocks ist, welches für eine Verwendung in dem System, welches in 24 gezeigt ist, passend ist.

30 ein schematisches Diagramm eines Differentialperspektiven-Korrektursystems ist, welches als das Raumbild-Verstärkungssystem verwendet werden kann.

31 ein Differentialperspektiven-Korrektursystem zeigt, welches eine Frequenzweiche benützt.

32 ein schematisches Diagramm eines Differentialperspektiven-Korrekturgeräts ist, welches zwei Frequenzweichen benützt.

33 ein Differentialperspektiven-Korrekturgerät zeigt, welches es einem Anwender gestattet, den Betrag einer Gesamtdifferentialverstärkung zu variieren.

34 ein Differentialperspektiven-Korrekturgerät illustriert, welches es einem Anwender gestattet, den Betrag einer Gleichtaktverstärkung zu variieren.

35 ein Differentialperspektiven-Korrekturgerät illustriert, welches eine erste Frequenzfläche, welche sich zwischen den Emittern der Transistoren von einem Differentialpaar angeordnet sind, und eine zweite Frequenzweiche aufweist, welche zwischen den Kollektoren des Differentialpaars angeordnet ist.

36 ein Differentialperspektiven-Korrekturgerät mit Ausgangspuffer bzw. Ausgangspufferspeichern zeigt.

37 eine Sechs-Operationsverstärker-Version eines Bildverstärkungssystems zeigt.

38 ein Blockdiagramm einer Software-Ausführungsform des akustischen Korrektursystems.

39 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines 40 Hz Bandpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt ist.

40 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines 60 Hz Bandpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt ist.

41 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines 100 Hz Bandpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt ist.

42 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines 150 Hz Bandpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt ist.

43 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines 200 Hz Bandpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt ist.

44 ein Diagramm der Übertragungsfunktion eines Tiefpaßfilters für eine Verwendung mit dem Blockdiagramm ist, welches in 38 gezeigt wird.

1 ist ein Blockdiagramm einem akustischen Korrekturgeräts 120, umfassend, in Serie ein Stereo- bzw. Raumbildkorrektursystem 122, ein Baßverstärkungssystem bzw. Baßverbesserungssystem 101 und ein Raumbildverstärkungs- bzw. -verbesserungssystem 124. Das Bildkorrektursystem 122 stellt ein linkes Raum- bzw. Stereosignal und ein rechtes Raum- bzw. Stereosignal für die Baßverstärkungseinheit 101 zur Verfügung. Die Baßverstärkungseinheit gibt linke und rechte Stereosignale an die linken bzw. rechten Eingänge der Raumbildverstärkungseinrichtung 124 aus. Das Raumbildverstärkungssystem 124 verarbeitet die Signale und stellt ein linkes Ausgangssignal 130 und ein rechtes Ausgangssignal 132 zur Verfügung. Die Ausgangssignale 130 und 132 können in der Folge mit irgend einer anderen Form eines Signalaufbereitungssystems verbunden werden oder sie können direkt mit Lautsprechern oder Kopfhörern (nicht gezeigt) verbunden werden.

Bei einer Verbindung mit Lautsprechern korrigiert das Korrektursystem 120 Mängel in der Plazierung der Lautsprecher, das von den Lautsprechern erzeugte Bild und die Niederfrequenzantwort, welche durch die Lautsprecher erzeugt wird. Das Ton- bzw. Klangkorrektursystem 120 verbessert bzw. verstärkt die Raum- und Frequenzantwortcharakteristika bzw. -merkmale des Klangs bzw. Tons, welcher durch die Lautsprecher reproduziert wird. In dem Audiokorrektursystem 120 korrigiert das Bildkorrekturmodul 122 das vom Zuhörer wahrgenommene vertikale Bild einer scheinbaren Klangbühne, welche durch die Lautsprecher reproduziert bzw. wiedergegeben wird, das Baßverstärkungsmodul 101 verbessert die vom Zuhörer wahrgenommene Baßantwort des Klangs und das Bildverstärkungsmodul 124 verbessert bzw. verstärkt das vom Zuhörer wahrgenommene horizontale Bild der scheinbaren Klangbühne.

Das Korrekturgerät 120 verbessert den von den Lautsprechern erzeugten Klang durch ein Kompensieren von Mängeln in der Klangreproduktionsumgebung und Mängeln der Lautsprecher. Das Gerät 120 verbessert eine Reproduktion der Originalklangbühne durch ein Kompensieren des Aufstellungsorts der Lautsprecher in der Reproduktionsumgebung. Die Klangbühnenreproduktion wird auf eine Weise verbessert, welche sowohl die horizontalen wie auch die vertikalen Aspekte der scheinbaren (d. h. reproduzierten) Klangbühne über das hörbare Frequenzspektrum verstärkt. Das Gerät 120 modifiziert vorteilhafter Weise die reflektierenden bzw. hallenden Töne bzw. Klänge, welche in einer Lifeklangbühne leicht wahrgenommen werden, so daß die reflektierenden Töne bzw. Klänge ebenso durch den Zuhörer in der Reproduktionsumgebung wahrgenommen werden, obwohl die Lautsprecher als Punktquellen mit begrenzten Möglichkeiten wirken. Das Gerät 120 kompensiert ebenso die Tatsache, daß Mikrophone im Klang häufig unterschiedlich von der Art aufnehmen, wie das menschliche Gehörsystem Klang bzw. Ton wahrnimmt. Das Gerät 120 verwendet Filter und Übertragungsfunktionen, welche das menschliche Gehör nachahmen, um die durch das Mikrophon erzeugten Töne zu korrigieren.

Das Klangsystem 120 stellt den scheinbaren Azimut und Höhenpunkt eines komplexen Klangs ein, indem die Charakteristika der menschlichen Gehörantwort benützt werden. Die Korrektur wird vom Gehirn des Zuhörers benützt, um Hinweise auf den Ursprung des Klangs zur Verfügung zu stellen. Das Korrekturgerät 120 korrigiert ebenso Lautsprecher, welche unter Bedingungen plaziert sind, welche schlechter als ideal sind, sowie Lautsprecher, welche sich nicht an der akustisch am wünschenswertesten Stelle bzw. Örtlichkeit befinden.

Zum Erzielen einer räumlich korrekteren Antwort für ein gegebenes Klangsystem benützt das akustische Korrekturgerät 120 bestimmte Aspekte der Außenohrübertragungsfunktionen (HRTFs) in Verbindung mit einem Formen bzw. Gestalten einer Frequenzantwort der Klanginformation, um sowohl die Planierung bzw. Anordnung der Lautsprecher zu korrigieren, die scheinbare Breite und Höhe der Klangbühne zur korrigieren, wie auch Unzulänglichkeiten in der Niederfrequenzantwort der Lautsprecher zu korrigieren.

Somit stellt das akustische Korrekturgerät 120 eine natürlichere und realistischere Klangbühne für den Zuhörer zur Verfügung, selbst wenn die Lautsprecher an schlechteren als idealen Örtlichkeiten plaziert sind und wenn die Lautsprecher selbst für eine geeignete Reproduktion der erwünschten Klänge bzw. Töne ungeeignet sind.

Die verschiedenen Ton- bzw. Klangkorrekturen, welche durch das Korrekturgerät zur Verfügung gestellt werden, werden in einer Anordnung bzw. Reihenfolge zur Verfügung gestellt, daß eine nachfolgende Korrektur die vorangegangenen Korrekturen nicht stört bzw. beeinflußt. In einer Ausführungsform werden die Korrekturen in einer wünschenswerten Anordnung zur Verfügung gestellt, so daß vorangegangene Korrekturen, welche durch das Gerät 120 zur Verfügung gestellt werden, die nachfolgenden Korrekturen, welche durch das Gerät 120 zur Verfügung gestellt werden, verstärken und unterstützen.

In einer Ausführungsform simuliert das Korrekturgerät 120 ein umgebendes bzw. Surround-Klangsystem mit verbesserter Baßantwort. Das Korrekturgerät 120 erzeugt die Illusion, daß mehrere Lautsprecher rund um den Zuhörer plaziert sind und daß Audioinformation, welche in mehreren Aufnahmespuren enthalten ist, der Mehrfachlautsprecheranordnung zur Verfügung gestellt wird.

Das akustische Korrektursystem 120 stellt ein anspruchsvolles und effektives System zur Verfügung, um das vertikale, horizontale und spektrale Klangbild in einer nicht perfekten Reproduktionsumgebung zu verbessern. Das Bildkorrektursystem 122 korrigiert zuerst das Vertikalbild, welches durch die Lautsprecher erzeugt wird. Danach paßt das Baßverstärkungssystem 101 die niederfrequenten Teile bzw. Komponenten des Klangsignals in einer Art und Weise an, welche den Niederfrequenzausgang von kleinen Lautsprechern verbessert bzw. verstärkt, welche keine angemessenen Niederfrequenz-Reproduktionseigenschaften zur Verfügung stellen. Abschließend wird das horizontale Klangbild durch das Bildverstärkungssystem 124 korrigiert.

Die vertikale Bildverbesserung bzw. -verstärkung, welche durch das Bildkorrektursystem 122 zur Verfügung gestellt wird, beinhaltet typischerweise einige Betonung der tieferen bzw. niederfrequenten Bereiche des Klangs, und stellt somit eine vertikale bzw. Vertikalverstärkung zur Verfügung, bevor das Baßverstärkungssystem 101 zu dem Gesamteffekt der Baßverstärkungsverarbeitung beiträgt. Das Baßverstärkungssystem 101 stellt ein gewisses Mischen bzw. Abmischen der gemeinsamen Bereiche der linken und rechten Bereiche der niederfrequenten Information in einem stereophonen Signal (Gleichtakt) zur Verfügung. Im Gegensatz dazu stellt die Horizontalbildverbesserung, welche durch das Bildverstärkungssystem 124 zur Verfügung gestellt wird, eine Verstärkung und Gestaltung der Differenzen zwischen den linken und rechten Bereichen (Gegentakt bzw. Differentialmodus) des Signals zur Verfügung. In dem Korrektursystem 120 wird somit eine Baßverstärkung vorteilhafter Weise vor einer Horizontalbildverstärkung zur Verfügung gestellt, um die Gleichtakt- und Gegentaktbereiche bzw. -abschnitte des stereophonen Signals ab- bzw. auszugleichen und für den Zuhörer einen angenehmen Effekt zu erzielen bzw. zu erzeugen.

Wie dies oben geoffenbart wurde, kooperieren das Raumbildkorrektursystem 122, das Baßverstärkungssystem 101 und das Raumbildverstärkungssystem 124, um akustische Mängel einer Klangreproduktionsumgebung zu überwinden. Die Klangreproduktionsumgebungen können dabei so groß wie ein Theaterkomplex oder so klein wie ein tragbares, elektronisches Keyboard sein. Das akustische Korrekturgerät stellt ebenso große Vorteile für Multimedia-Computersysteme (siehe z. B. 3), Heimaudio, Fernsehgeräte, Kopfhörer, Baßreflexboxen, Automobile und dgl. zur Verfügung.

2 zeigt ein stereophones Audiosystem, welches einen Empfänger 220 aufweist. Der Empfänger 220 stellt ein linkes Kanalsignal bzw. Signal eines linken Kanals für einen linken Lautsprecher 246 und ein rechtes Kanalsignal für einen rechten Lautsprecher 247 zur Verfügung. Alternativ dazu kann der Empfänger 220 durch ein Fernsehgerät, ein tragbares Stereosystem (z. B. "boom box", "Dröhnkasten"), ein Uhrenradio und dgl. ersetzt werden. Der Empfänger 220 stellt ebenso die linken und rechten Kanalsignale für Kopfhörer 250 zur Verfügung. Ein Zuhörer (Benützer bzw. Anwender) 248 kann die linken und rechten Kanalsignale hören, indem er die Kopfhörer 250 oder die Lautsprecher 246, 247 benützt. Das akustische Korrekturgerät 120 kann implementiert werden, indem analoge Einrichtungen in dem Empfänger 220 benützt werden, oder durch eine Software, welche auf einem digitalen Signalprozessor (DSP) in dem Empfänger 220 läuft.

Die Lautsprecher 246, 247 sind oft nicht optimal positioniert, um dem Verwender das gewünschte Raumbild zur Verfügung zu stellen – wodurch das Hörvergnügen eines Zuhörers vermindert wird. Auf ähnliche Art und Weise erzeugen Kopfhörer, wie die Kopfhörer 250, häufig einen Klang, welcher nicht angenehm ist, da die Kopfhörer näher beim Ohr plaziert sind anstelle vor dem Zuhörer. Darüber hinaus weisen viele kleine Regallautsprecher, Multimedia-Lautsprecher und Kopfhörer mäßige bzw. schlechte Niederfrequenzantwort-Charakteristika auf, welche das Hörvergnügen des Zuhörers weiter vermindern. Die akustische Korrekturvorrichtung (oder Software) 120 innerhalb des Empfängers 220 korrigiert die linken und rechten Signale, um einen angenehmeren Klang bzw. Ton bei Reproduktion durch die Lautsprecher 246, 247 oder die Kopfhörer 250 zu erzeugen. In einer Ausführungsform beinhaltet der Empfänger 220 Regler (wie z. B. einen Breitenregler 3846, welcher in 38 gezeigt ist, und/oder ein Baßregler 3827, welcher in 38 gezeigt ist), um es dem Zuhörer 248 zu ermöglichen, den in den linken und rechten Kanälen erzeugten Klang entsprechend dazu einzustellen, ob der Zuhörer 248 über die Lautsprecher 246, 247 oder die Kopfhörer 250 zuhört.

3 illustriert ein typisches Computeraudiosystem 300, welches vorteilhafter Weise eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benützen kann, um die Audiodarbietung zu verbessern, welche durch die Lautsprecher 246, 247 erzeugt wird. Die Lautsprecher 246, 247 sind typischerweise mit einer Soundkarte (nicht gezeigt) innerhalb einer Computereinheit 304 verbunden. Die Soundkarte kann irgendeine Computerschnittstellenkarte sein, welche einen Audioausgang erzeugt, beinhaltend eine Radiokarte, Fernsehempfängerkarte, PCMCIA-Karte, internes Modem, ansteckbare Digitalsignalprozessor (DSP)-Karte usw. Der Computer 304 veranlaßt die Soundkarte zum Erzeugen von Audiosignalen, welche durch die Lautsprecher 246 in Schallwellen umgewandelt werden.

4A veranschaulicht eine graphische Darstellung einer erwünschten Frequenzantwortcharakteristik, die an den Außenohren eines Zuhörers innerhalb einer Audioreproduktionsumgebung auftritt bzw. erscheint. Die Kurve 460 ist eine Funktion eines Schalldruckpegels bzw. -niveaus (SPL), gemessen in Dezibel, über der Frequenz. Wie aus 4A gesehen werden kann, ist der Schalldruckpegel relativ konstant für alle hörbaren Frequenzen. Die Kurve 460 kann erzielt werden, indem rosa Rauschen durch ein Paar idealer Lautsprecher reproduziert wird, welche direkt vor einem Zuhörer ungefähr auf Ohrhöhe plaziert sind. Rose Rauschen bezieht sich auf einen Klang, welcher über das hörbare Frequenzspektrum geliefert wird, welche eine gleichbleibende Energie pro Oktave aufweist. In der Praxis kann die flache Frequenzantwort der Kurve 460 in Antwort auf inhärente akustische Begrenzungen bzw. Beschränkung der Lautsprechersysteme schwanken bzw. fluktuieren.

Die Kurve 460 repräsentiert die Schalldruckpegel, welche vor einer Verarbeitung durch das Ohr eines Zuhörers existieren. Wiederum unter Bezugnahme auf 2 ist die flache Frequenzantwort, welche durch die Kurve 460 repräsentiert wird, konsistent mit Klang bzw. Schall, wie er zum Zuhörer 248 hinausströmt, wenn die Lautsprecher voneinander räumlich getrennt und im allgemeinen vor dem Zuhörer 248 aufgestellt bzw. angeordnet sind. Das menschliche Ohr verarbeitet einen derartigen Klang, wie er durch die Kurve 460 repräsentiert wird, indem seine eigene Gehörantwort auf die Schallsignale angewendet wird. Diese menschliche Gehörantwort wird durch die äußere Ohrmuschel und die inneren Kanalbereiche bzw. Gehörgänge des Ohrs diktiert.

Unglücklicher Weise stellen die Frequenzantwortcharakteristika vieler Heim- und automobiler Klangreproduktionssysteme nicht die erwünschten Charakteristika bzw. Eigenschaften zur Verfügung, wie sie in 4A gezeigt sind. Andererseits können Lautsprecher an akustisch unerwünschten Orten plaziert werden, um andere ergonomische Erfordernisse unterzubringen bzw. diesen zu genügen. Schall bzw. ein Ton, wie er von den Lautsprechern 246 und 247 ausströmt bzw. stammt, kann spektral lediglich durch die Plazierung der Lautsprecher 246 und 247 bezüglich des Zuhörers 248 verzerrt werden. Darüber hinaus können Objekte und Oberflächen in der Hörumgebung zu einer Absorption oder Amplitudenverzerrung der resultierenden Klangsignale führen. Eine derartige Absorption ist häufig unter höheren Frequenzen vorherrschend.

Als ein Ergebnis von sowohl spektraler als auch Amplitudenverzerrung ist ein Stereo- bzw. Raumbild, welches durch den Zuhörer 248 wahrgenommen wird, räumlich verzerrt, wobei es einen unerwünschten Höreindruck zur Verfügung stellt. 48–4D veranschaulichen graphisch die Pegel einer räumlichen Verzerrung für verschiedene Klangreproduktionssysteme und Hörumgebungen. Die Verzerrungscharakteristika, welche in den 4B–4D veranschaulicht werden, repräsentieren Schalldruckpegel, gemessen in Dezibel, welche nahe den Ohren eines Zuhörers anwesend sind bzw. vorliegen.

Die Frequenzantwortkurve 464 von 4B besitzt einen sinkenden bzw. abnehmenden Schalldruckpegel bei Frequenzen über ungefähr 100 Hz. Die Kurve 464 repräsentiert eine mögliche Schalldruckcharakteristik, wie sie von Lautsprechern erzeugt wird, beinhaltend Tieftöner und Hochtöner, welche unter einem Zuhörer montiert sind. Beispielsweise könnte unter der Annahme, daß die Lautsprecher 246 aus 2 Hochtöner beinhalten, ein Audiosignal, welches nur durch derartige Lautsprecher 246 wiedergegeben bzw. gespielt wird, die Antwort von 4B aufweisen.

Die bestimmte Neigung, welche der fallenden Kurve 464 zugeordnet ist, wird variieren und möglicherweise nicht vollständig linear sein, in Abhängigkeit vom Hörgebiet bzw. – bereich, der Qualität der Lautsprecher und der exakten Positionierung der Lautsprecher innerhalb des Hörbereichs. Beispielsweise wird eine Hörumgebung mit relativ harten Oberflächen für Audiosignale reflektierender sein, insbesondere bei höheren Frequenzen, als eine Hörumgebung mit relativ weichen Oberflächen (z. B. Tuch bzw. Stoff, Teppich, Akustikplatten usw.). Der Pegel einer spektralen Verzerrung wird variieren, wenn die Lautsprecher weiter weg und weg von einem Zuhörer positioniert bzw. angeordnet sind.

4C ist eine graphische Darstellung eines Schalldrucks gegenüber einer Frequenzcharakteristik 468, worin ein erster Frequenzbereich von Audiosignalen spektral verzerrt ist, jedoch ein höherer Frequenzbereich der Signale nicht verzerrt ist. Die charakteristische Kurve 468 kann von einer Lautsprecheranordnung erzielt bzw. erhalten werden, welche Tief- bis Mittelfrequenz-Lautsprecher, welche unter einem Zuhörer plaziert sind, und Hochfrequenz-Lautsprecher aufweist, welche nahe bei oder auf einem Niveau des Ohrs des Zuhörers plaziert sind. Das aus der charakteristischen Kurve 468 resultierende Klangbild wird eine Niederfrequenzkomponente, welche unter dem Zuhörer 248 von 2 positioniert ist, und eine Hochfrequenzkomponente aufweisen, welche nahe dem Niveau des Ohrs des Zuhörers positioniert ist.

4D ist eine graphische Darstellung eines Schalldrucks gegenüber einer Frequenzcharakteristik 470, welche über einen reduzierten Schalldruckpegel in den unteren Frequenzen und über einen ansteigenden Schalldruckpegel unter den höheren Frequenzen verfügt. Die Charakteristik 470 wird von einer Lautsprecheranordnung erzielt, welche Mittel- bis Niederfrequenz-Lautsprecher, welche unter dem Zuhörer plaziert sind, und Hochfrequenz-Lautsprecher aufweist, die oberhalb eines Zuhörers positioniert sind. Wie die Kurve 470 von 4D anzeigt, kann der Schalldruckpegel bei Frequenzen oberhalb von 1000 Hz bemerkenswert höher sein als tiefere Frequenzen, was einen unerwünschten Audioeffekt für einen in der Nähe befindlichen Zuhörer erzeugt. Das aus der charakteristischen Kurve 470 resultierende Klangbild wird über eine Niederfrequenzkomponente, welche unterhalb des Zuhörers 248 von 2 positioniert ist, und über eine Hochfrequenzkomponente verfügen, welche oberhalb des Zuhörers 248 positioniert ist.

Die Audiocharakteristika der 4B–4D repräsentieren verschiedene Schalldruckpegel, welche in einer gemeinsamen Hörumgebung erzielbar sind und vom Zuhörer 248 gehört werden. Die Audioantwortkurven der 4B–4D sind aber nur einige Beispiele dafür, wie an den Ohren eines Zuhörers vorliegende Audiosignale durch verschiedene Audioreproduktionssysteme verzerrt werden. Der genaue Pegel einer räumlichen Verzerrung bei irgendeiner gegebenen Frequenz wird in einem weiten Bereich abhängig von dem Reproduktionssystem und der Reproduktionsumgebung variieren. Der scheinbare Aufstellungsort kann für ein Lautsprechersystem erzeugt werden, welches durch scheinbare Höhen- und Azimutkoordinaten bezüglich eines feststehenden Zuhörers definiert ist, welche unterschiedlich von jenen von tatsächlichen Lautsprecheraufstellungsorten sind.

5 ist ein Blockdiagramm eines Raumbildkorrektursystems 122, welches die linken und rechten Stereosignale 126 und 128 eingibt. Das Bildkorrektursystem 122 korrigiert die verzerrten, spektralen Dichtheiten verschiedener Ton- bzw. Klangsysteme, indem in vorteilhafter Weise das hörbare Frequenzspektrum in eine erste Frequenzkomponente, welche relativ niedrige Frequenzen beinhaltet, und in eine zweite Frequenzkomponente unterteilt wird, welche relativ höhere Frequenzen beinhaltet. Jedes der linken und rechten Signale 126 und 128 wird getrennt durch entsprechende Niederfrequenz-Korrektursysteme 580, 582 und Hochfrequenz-Korrektursysteme 584 und 586 verarbeitet. Es sollte aufgezeigt werden, daß in einer Ausführungsform die Korrektursysteme 580 und 582 in einem relativ "niedrigen" Frequenzbereich von ungefähr 100 bis 1000 Hz arbeiten werden, während die Korrektursysteme 584 und 586 in einem relativ "hohen" Frequenzbereich von ungefähr 1000 bis 10000 Hz arbeiten werden. Dies sollte nicht mit der generellen Audioterminologie vermischt werden, in welcher niedrige Frequenzen Frequenzen bis zu 100 Hz repräsentieren, mittlere Frequenzen Frequenzen zwischen 100 bis 4 kHz repräsentieren und hohe Frequenzen Frequenzen über 4 kHz repräsentieren.

Durch Teilen bzw. Unterteilen der niederen und höheren Frequenzkomponenten der Eingabe- bzw. Eingangsaudiosignale können Korrekturen im Schalldruckpegel in einem Frequenzbereich unabhängig von dem anderen vorgenommen werden. Die Korrektursysteme 580, 582, 584 und 586 modifizieren die Eingangssignale 126 und 128 zum Korrigieren einer spektralen und Amplitudenverzerrung des Eingangssignals bei einer Reproduktion durch Lautsprecher. Die resultierenden Signale, gemeinsam mit den Eingangssignalen 126 und 128, werden an jeweiligen Summierverbindungen 590 und 592 kombiniert. Das korrigierte linke Stereosignal L_c und das korrigierte rechte Stereosignal R_c werden an den Ausgängen zu der Baßverstärkungseinheit 101 zur Verfügung gestellt.

Die korrigierten Stereosignale, welche der Baßeinheit 101 zur Verfügung gestellt werden, verfügen über eine flache, d. h. gleichförmige Frequenzantwort, welche an den Ohren des Zuhörers 248 erscheint (gezeigt in 2 und 3). Diese räumlich korrigierte Antwort erzeugt eine scheinbare Quelle eines Klangs, welcher, bei Wiedergabe durch die Lautsprecher 246 der 2 oder 3, scheinbar direkt vor dem Zuhörer 248 positioniert ist.

Ist die Schallquelle einmal durch eine Energiekorrektur des Audiosignals passend positioniert, korrigiert die Baßverstärkungseinheit 101 für niedere Frequenzen Unzulänglichkeiten in den Lautsprechern 246 und stellt baßkorrigierte linke und rechte Kanalsignale bzw. Signale für den linken und rechten Kanal für das Stereoverstärkungssystem 124 zur Verfügung. Das Stereoverstärkungssystem 124 konditioniert bzw. gestaltet die Stereosignale dahingehend, daß das Stereobild, welches von der scheinbaren Schallquelle ausgeht, (horizontal) verbreitert wird. Wie in Verbindung mit 8A und 8B besprochen werden wird, kann das Stereobildverstärkungssystem 124 durch eine Stereoausrichtungseinrichtung bzw. Stereoorientierungseinrichtung eingestellt werden, um den tatsächlichen Aufstellungsort der Schallquelle zu kompensieren.

In einer Ausführungsform entzerrt das Stereoverstärkungssystem 124 die Differenzsignalinformation, welche in den linken und rechten Stereosignalen vorliegt.

Die linken und rechten Signale, welche von der Baßverstärkungseinheit 101 zur Verfügung gestellt werden, werden durch das Verstärkungssystem 124 eingegeben und einem Differenzsignalgenerator 501 und einem Summensignalgenerator 504 zur Verfügung gestellt. Ein Differenzsignal (L_c – R_c), welches den Stereoinhalt der korrigierten linken und rechten Eingangssignale repräsentiert, ist an einem Ausgang 502 des Differenzsignalgenerators 501 vorhanden. Ein Summensignal (L_c + R_c), welches die Summe der korrigierten linken und rechten Stereosignale repräsentiert, wird an einem Ausgang 506 des Summensignalgenerators 504 erzeugt.

Das Summen- und Differenzsignal an den Ausgängen 502 und 506 werden jeweils optionalen Niveau- bzw. Pegeleinstellgeräten 508 und 510 zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtungen 508 und 510 sind typischerweise Potentiometer oder ähnliche Geräte bzw. Vorrichtungen variabler Impedanz. Ein Einstellen der Einrichtungen 508 und 510 erfolgt typischerweise manuell zum Regeln bzw. Steuern des Basispegels von Summen- und Differenzsignal, welche in den Ausgangssignalen vorhanden sind. Dies gestattet es einem Anwender, den Pegel und Aspekt bzw. Seite einer Stereoverstärkung gemäß dem Typ eines reproduzierten Klangs und in Abhängigkeit von den persönlichen Vorlieben des Anwenders zuzuschneiden bzw. anzupassen. Ein Ansteigen im Basispegel des Summensignals betont die Audioinformation an einer zentralen bzw. Mittelstufe, welche zwischen einem Paar von Lautsprechern positioniert ist. Umgekehrt verstärkt ein Anstieg in dem Basispegel des Differenzsignals die Umgebungsklanginformation, welche die Wahrnehmung eines breiteren Klangbilds erzeugt. In einigen Audiozusammenstellungen, in welchen der Musiktyp und die Systemkonfigurationsparameter bekannt sind, oder wo manuelles Einstellen nicht praktisch ist, können die Einstelleinrichtungen 508 und 510 eliminiert werden, was es erforderlich macht, die Summen- und Differenzsignalpegel vorzubestimmen und zu fixieren.

Der Ausgang der Einrichtung bzw. Vorrichtung 510 wird einem Stereoverstärkungsentzerrer 520 an einem Eingang 522 zugeführt. Der Entzerrer bzw. Equalizer 520 formt spektral das Differenzsignal, welches am Eingang 522 aufscheint, wie in 7 unten gezeigt wird.

Das geformte Differenzsignal wird einem Mixer 542 zur Verfügung gestellt, welcher auch das Summensignal von der Einrichtung 506 empfängt. In einer Ausführungsform werden die Stereosignale 594 und 596 ebenso dem Mischer 542 zur Verfügung gestellt. Alle diese Signale werden im Mischer 542 kombiniert, um ein verbessertes bzw. verstärktes und räumlich korrigiertes linkes Ausgangssignal 530 und rechtes Ausgangssignal 532 zu erzeugen.

Obwohl die Eingangssignale 126 und 128 typischerweise korrigierte Stereoquellsignale repräsentieren, können sie auch von einer monophonen Quelle synthetisch erzeugt werden.

Die 6A–6C sind graphische Darstellungen der Pegel einer räumlichen Korrektur, welche durch "Nieder-" und "Hoch"-Frequenzkorrektursysteme 580, 582, 584, 586 zur Verfügung gestellt werden, um ein relokalisiertes Bild zu erhalten, welches aus einem Paar von Stereosignalen erzeugt wird.

Zunächst mit Bezug auf 6A, werden mögliche Pegel einer räumlichen Korrektur, welche durch die Korrektursysteme 580 und 582 zur Verfügung gestellt werden, als Kurven veranschaulicht, welche über verschiedene Charakteristika bzw. Merkmale von Amplituden gegenüber Frequenz verfügen. Der Maximalpegel einer Korrektur oder Verstärkung (in Dezibel gemessen), welcher durch die Systeme 580 und 582 zur Verfügung gestellt wird, wird durch eine Korrekturkurve 650 repräsentiert. Die Kurve 650 stellt einen ansteigenden Pegel an Verstärkung innerhalb eines ersten Frequenzbereichs von ungefähr 100 Hz bis 1000 Hz zur Verfügung. Bei Frequenzen über 1000 Hz wird der Pegel der Verstärkung auf einem ungefähr konstantem Pegel gehalten. Eine Kurve 652 repräsentiert einen nahezu Null-Pegel einer Korrektur.

Für diejenigen, welche in der Technik erfahren sind, ist ein typisches Filter üblicherweise durch eine Durchlaßbandbreite bzw. ein Durchlaßband und eine Stopbandbreite bzw. Sperrbandbreite bzw. ein Sperrband von Frequenzen charakterisiert, welche durch eine Abschaltfrequenz getrennt werden. Die Korrekturkurven der 6A–6C können, obwohl sie für typische Signalfilter repräsentativ sind, durch ein Durchlaßband, ein Sperrband und ein Übergangsband charakterisiert werden. Ein Filter, welches übereinstimmend mit den Charakteristika der 6A konstruiert ist, verfügt über ein Durchlaßband oberhalb von ungefähr 1000 Hz, ein Übergangsband zwischen ungefähr 100 Hz und 1000 Hz und ein Sperrband unter ungefähr 100 Hz. Filter gemäß 6B und 6C verfügen über Durchlaßbänder oberhalb von ungefähr 10 kHz, Übergangsbänder zwischen ungefähr 1 kHz und 10 kHz und ein Sperrband unter ungefähr 1 kHz. In einer Ausführungsform sind die Filter Filter erster Ordnung.

Wie aus 6A–6C ersehen werden kann, ist eine räumliche Korrektur eines Audiosignals durch die Systeme 580, 582, 584 und 586 im wesentlichen einheitlich innerhalb der Durchlaßbänder, wobei sie jedoch stark frequenzabhängig innerhalb der Übergangsbänder ist. Der Betrag bzw. die Größe an akustischer Korrektur, welche an ein Audiosignal angewendet wird, kann als eine Funktion der Frequenz durch eine Einstellung des Stereobildkorrektursystems 622 verändert werden, welches die Steigung der Übergangsbänder bzw. Übergangsbandbreiten von 6A–6C variiert. Daraus resultierend wird eine frequenzabhängige Korrektur auf einen ersten Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz angewendet und auf einen zweiten Frequenzbereich von 1000 bis 10000 Hz angewendet. Eine unendliche Anzahl an Korrekturkurven ist möglich durch eine unabhängige Einstellung der Korrektursysteme 580, 582, 584 und 586.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform erfolgt eine räumliche Korrektur der Stereosignalkomponenten höherer Frequenz zwischen ungefähr 1000 Hz und 10000 Hz. Eine Energiekorrektur dieser Signalkomponenten kann positiv sein, d. h. verstärkt sein, wie in 6B veranschaulicht, oder negativ, d. h. abgeschwächt, wie in 6C veranschaulicht bzw. dargestellt. Der Bereich an Verstärkung, welcher durch die Korrektursysteme 584, 586 zur Verfügung gestellt wird, ist durch eine Maximalverstärkungskurve 660 und eine Minimalverstärkungskurve 162 charakterisiert. Kurven 664, 666 und 668 repräsentieren noch weitere Pegel an Verstärkung, welche erforderlich sein können, um einen Klang räumlich zu korrigieren, welcher von verschiedenen Klangreproduktionssystemen ausgeht. 6C veranschaulicht Energiekorrekturkurven, welche im wesentlichen das Inverse bzw. die Umkehrung jener in 6B sind.

Da die niederfrequenten und höherfrequenten Korrekturfaktoren, welche durch die Kurven der 6A–6C repräsentiert werden, addiert werden, gibt es einen weiten Bereich von möglichen räumlichen Korrekturkurven, welche zwischen den Frequenzen von 100 bis 10000 Hz anwendbar sind. 6D ist eine graphische Darstellung, welche einen Bereich von zusammengesetzten räumlichen Korrekturcharakteristika veranschaulicht, welche durch das Stereobild-Korrektursystem 522 zur Verfügung gestellt werden. Besonders die als durchgezogene Linie dargestellte Kurve 680 repräsentiert einen maximalen Pegel an räumlicher Korrektur, welcher durch die Kurve 650 (in 6A gezeigt) und die Kurve 660 (in 6B gezeigt) umfaßt wird. Eine Korrektur der unteren Frequenzen kann von der durchgehenden Kurve 680 durch den Bereich, welcher als &thgr;₁ bezeichnet wird, abweichen. In ähnlicher Weise kann eine Korrektur der höheren Frequenzen von der durchgehenden Kurve 680 durch den Bereich, welcher als &thgr;₂ bezeichnet wird, abweichen. Demgemäß variiert der Betrag einer Verstärkung, welcher auf den ersten Frequenzbereich von 100 bis 1000 Hz angewendet wird, zwischen ungefähr 0 und 15 dB, während die Korrektur, welche auf den zweiten Frequenzbereich von 1000 bis 10000 Hz angewendet wird, von ungefähr 13 dB bzw. –15 dB variieren kann.

Mit Hinwendung auf den Aspekt einer Stereo- bzw. Raumbildverstärkung der vorliegenden Erfindung wird eine Serie von Perspektive-Korrektur bzw. Normalisierungskurven in 7 graphisch dargestellt. Das Signal (L_c – R_c)_p in Gleichungen 1 und 2 oben repräsentiert das verarbeitete Differenzsignal, welches spektral gemäß den Frequenzantworten-Charakteristika von 7 geformt wurde. Diese Frequenzantwort-Charakteristika bzw. -Merkmale werden durch den Entzerrer 520 angewendet, welcher in 5 dargestellt wird und teilweise auf HRTF-Prinzipien basiert.

Im allgemeinen verstärkt eine selektive Verstärkung des Differenzsignals jegliche umgebenden oder reflektierenden Klangeffekte, welche im Differenzsignal vorhanden sein können, jedoch durch intensivere Direktfeldklänge maskiert bzw. überlagert werden bzw. sind. Diese umgebenden Klänge werden in einer Lifeklangbühne leicht auf dem passenden Pegel wahrgenommen. In einer aufgenommenen Vorstellung werden jedoch die umgebenden Klänge relativ zu einer Lifevorstellung bzw. -darbietung abgeschwächt. Durch ein Verstärken des Pegels des Differenzsignals, welches aus einem Paar linker und rechter Stereosignale hergeleitet wird, kann ein projiziertes Klangbild bemerkenswert verbreitert werden, wenn das Bild von einem Lautsprecherpaar herrührt, welches vor einem Zuhörer plaziert wird.

Die Perspektivenkurven 790, 792, 794, 796 und 798 von 7 werden als eine Funktion einer Verstärkung gegenüber hörbaren Frequenzen in logarithmischem Format gezeigt bzw. dargestellt. Die unterschiedlichen Pegel einer Entzerrung zwischen den Kurven von 7 sind erforderlich, um verschiedenen Audioreproduktionssystemen Rechnung tragen zu können. In einer Ausführungsform ist der Pegel einer Differenzsignalentzerrung eine Funktion der tatsächlichen Aufstellung der Lautsprecher relativ zu einem Zuhörer innerhalb eines Audioreproduktionssystems. Die Kurven 790, 792, 794, 796 und 798 zeigen im allgemeinen eine Frequenzkonturcharakteristik, in welcher niedrigere und höhere Differenzsignalfrequenzen relativ zu einem mittleren Band an Frequenzen verstärkt wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Bereich für die Perspektivenkurven von 7 durch eine maximale bzw. Maximalverstärkung von ungefähr 10 bis 15 dB definiert, welche sich bei ungefähr 125 bis 150 Hz befindet. Die Maximalverstärkungswerte bezeichnen einen Wendepunkt für die Kurven von 7, wodurch die Steigungen der Kurven 790, 792, 794, 796 und 798 von einem positiven Wert auf einen negativen Wert wechseln. Solche Wendepunkte werden als Punkte A, B, C, D und E in 7 gekennzeichnet. Die Verstärkung der Perspektivenkurven sinkt unter 125 Hz mit einer Rate von ungefähr 6 dB pro Oktave. Oberhalb von 125 Hz sinkt die Verstärkung der Kurven von 7 ebenfalls, jedoch bei variablen Raten zu einem Wendepunkt einer minimalen Verstärkung von ungefähr –2 bis + 10 dB. Die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung variieren bemerkenswert zwischen den Kurven 790, 792, 794, 796 und 798. Die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung sind jeweils als Punkte A', B', C', D' und E' gekennzeichnet. Die Frequenzen, an welchen die Wendepunkte einer minimalen Verstärkung vorkommen bzw. auftreten, variieren von etwa 2,1 kHz für die Kurve 790 bis zu ungefähr 5 kHz für die Kurve 798. Die Verstärkung der Kurven 790, 792, 794, 796 und 798 steigt über ihre jeweiligen Minimumverstärkungsfrequenzen bis zu ungefähr 10 kHz an. Oberhalb von 10 kHz beginnt die Verstärkung, welche an die Perspektivenkurven angewendet wird, auszupegeln. Ein Ansteigen einer Verstärkung wird fortgesetzt durch alle der Kurven angewendet werden, jedoch nur bis etwa 120 kHz, d. h. ungefähr zur höchsten für das menschliche Ohr wahrnehmbaren Frequenz.

Die vorangegangenen Verstärkungs- und Frequenzfiguren sind nichts als Entwurfziele und die tatsächlichen Figuren werden wahrscheinlich von System zu System variieren. Darüber hinaus wird eine Einstellung der Signalpegeleinrichtungen 508 und 510 die maximalen und minimalen Verstärkungswerte ebenso beeinflussen wie die Verstärkungstrennung zwischen der maximalen Verstärkungsfrequenz und der minimalen Verstärkungsfrequenz.

Eine Entzerrung des Differenzsignals übereinstimmend mit den Kurven von 7 wird beabsichtigt, um die Differenzsignalkomponenten von statistisch geringerer Intensität zu verstärken, ohne die Differenzsignalkomponenten höherer Intensität überzubetonen. Die Differenzsignalkomponenten höherer Intensität eines typischen Stereosignals werden in einem mittleren Bereich von Frequenzen zwischen ungefähr 1 bis 4 kHz gefunden. Das menschliche Ohr verfügt über eine erhöhte Empfindlichkeit in genau diesem Mittelbereich an Frequenzen. Dementsprechend erzeugen die korrigierten linken und rechten Ausgangssignale 530 und 532 einen stark verbesserten Audioeffekt, weil die Umgebungsklänge selektiv betont werden, um einen Zuhörer innerhalb einer reproduzierten Klangbühne vollständig zu umfassen.

Wie in 7 ersehen werden kann, empfangen Differenzsignalfrequenzen unterhalb von 125 Hz einen verringerten Betrag an Verstärkung, wenn überhaupt, durch die Anwendung der Perspektivenkurve. Diese Verringerung ist beabsichtigt, um eine Überverstärkung von sehr tiefen, d. h. Baßfrequenzen, zu verhindern. Bei vielen Audioreproduktionssystemen kann ein Verstärken eines Audiodifferenzsignals in diesem Bereich niederer Frequenz ein unangenehmes und unrealistisches Klangbild erzeugen, welches über eine zu starke Baßantwort verfügt. Beispiele solcher Audioreproduktionssysteme beinhalten Nahfeld- oder Niederleistungs-Audiosysteme, wie z. B. Multimedia-Computersysteme ebenso wie Heimstereosysteme. Ein starkes Ziehen von Leistung in diesen Systemen kann bei Verstärkern ein "Beschneiden" während Perioden hoher Verstärkung verursachen oder es kann Komponenten des Audiosystems inklusive der Lautsprecher zerstören bzw. beschädigen. Eine Begrenzung der Baßantwort des Differenzsignals hilft ebenso bei einer Vermeidung dieses Problems bei den meisten Nahfeldaudio-Verstärkungsanwendungen.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist der Pegel einer Differenzsignalentzerrung in einer Audioumgebung mit einem stationären Zuhörer abhängig von den tatsächlichen Lautsprechertypen und deren Aufstellungsort bezüglich des Zuhörers. Die akustischen Prinzipien, welche dieser Entscheidung zu Grunde liegen, können am besten in Verbindung mit 8A und 8B beschrieben werden. 8A und 8B beabsichtigen, derartige akustische Prinzipien mit Bezug auf Änderungen im Azimut eines Lautsprechersystems zu zeigen.

8A veranschaulicht eine Draufsicht einer Klangreproduktionsumgebung, welche über Lautsprecher 800 und 802 verfügt, die leicht vor einem Zuhörer 804 plaziert und zu den Seiten desselben gerichtet sind. Die Lautsprecher 800 und 802 sind auch unterhalb des Zuhörers 804 an einer Höhenposition ähnlich zu jener der Lautsprecher 246, welche in 2 gezeigt sind, plaziert. Bezugsebenen A und B sind mit Ohren 806, 808 des Zuhörers 804 ausgerichtet. Die Ebenen A und B sind parallel zu der Sichtlinie bzw. Blickrichtung des Zuhörers, wie dies gezeigt wird.

Der Aufstellungsort der Lautsprecher entspricht vorzugsweise den Aufstellungsorten der Lautsprecher 810 und 812. In einer Ausführungsform kann, wenn die Lautsprecher nicht an der gewünschten Position aufgestellt werden können, eine Verstärkung bzw. Verbesserung des scheinbaren Klangbilds erreicht werden, indem das Differenzsignal selektiv entzerrt wird, d. h. die Verstärkung des Differenzsignals wird mit der Frequenz variieren. Die Kurve 790 aus 7 repräsentiert den gewünschten Pegel einer Differenzsignalentzerrung mit tatsächlichen Lautsprecheraufstellungsorten, welche den angedeuteten bzw. Phantomlautsprechern 810 und 812 entsprechen.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren und ein System zum Verstärken von Audiosignalen zur Verfügung. Das Klangverstärkungssystem verbessert den Realismus eines Klangs mit einem einzigartigen Klangverstärkungsprozeß. Im allgemeinen empfängt der Klangverstärkungsprozeß zwei Eingangssignale, ein linkes Eingangssignal und ein rechtes Eingangssignal, und erzeugt in der Folge zwei verstärkte Ausgangssignale, ein linkes Ausgangssignal und ein rechtes Ausgangssignal.

Die linken und rechten Eingangssignale werden gemeinsam verarbeitet, um ein Paar von linken und rechten Ausgangssignalen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere die verstärkte bzw. verbesserte Systemausführung entzerrt die Differenzen, welche zwischen den beiden Eingangssignalen bestehen, auf eine Weise, welche die wahrgenommene Bandbreite der Klänge verbreitert und verstärkt. Zusätzlich stellen viele Ausführungsformen den Klangpegel, welcher beiden Eingangssignalen gemein ist, so ein, daß ein Beschneiden bzw. Clippen reduziert wird. Vorteilhafter Weise erzielen einigen Ausführungsformen eine Klangverstärkung mit vereinfachten, niedrigpreisigen und leicht zu erzeugenden Analogsystemen, welchen keine digitale Signalverarbeitung erforderlich machen.

Obwohl die Ausführungsformen hierin mit Bezug auf ein Klangverstärkungssystem beschrieben werden, ist die Erfindung nicht so begrenzt, und kann in einer Vielzahl anderer Zusammenhänge benützt werden, in welchen es wünschenswert ist, unterschiedliche Ausführungsformen des Klangverstärkungssystems an unterschiedliche Situationen anzupassen.

Ein typisches kleines Lautsprechersystem, wie es für Multimedia-Computer, Automobile, kleine Stereosysteme, tragbare Stereosysteme, Kopfhörer und dgl. verwendet wird, wird über eine akustische Ausgangsantwort verfügen, welche bei etwa 150 Hz ausrollt bzw. ausklingt. 9 zeigt eine Kurve 906, welche ungefähr bzw. angenähert der Frequenzantwort des menschlichen Ohrs entspricht. 9 zeigt auch die gemessene Antwort 908 eines typischen kleinen Computerlautsprechersystems, welches einen Hochfrequenztreiber (Hochtöner), um die hohen Frequenzen zu reproduzieren, und einen vierzölligen Mittelbereich-Baßtreiber (Tieftöner) zur Reproduktion der mittleren Bereiche und Baßfrequenzen benützt. Ein derartiges System, welches zwei Treiber einsetzt, wird oft als ein Zweiwegsystem bezeichnet. Lautsprechersysteme, welche mehr als zwei Treiber einsetzen, sind in der Technik bekannt und werden mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeiten. Lautsprechersysteme mit einem einzelnen Treiber sind ebenfalls bekannt und werden auch mit der vorliegenden Erfindung arbeiten. Die Antwort 908 ist in einem rechtwinkeligen Diagramm aufgetragen, mit einer X-Achse, welche Frequenzen 20 Hz bis 20 kHz zeigt. Dieses Frequenzband entspricht dem Bereich eines normalen menschlichen Gehörs. Die Y-Achse in 9 zeigt eine normalisierte Amplitudenantwort von 0 dB bis –50 dB. Die Kurve 908 ist relativ flach in einem mittleren Frequenzband von ungefähr 2 kHz bis 10 kHz, wobei sie oberhalb von 10 kHz etwas ausrollt. In den unteren Frequenzbereichen zeigt die Kurve 908 ein niederfrequentes Ausrollen, welches in einem mittleren Baßband zwischen ungefähr 150 Hz und 2 kHz beginnt, so daß unterhalb von 150 Hz das Lautsprechersystem einen sehr kleinen akustischen Ausgang erzeugt.

Die Anordnung der Frequenzbänder, wie sie in 9 gezeigt werden, werden nur als Beispiel und nicht als Beschränkung bzw. Begrenzung benützt. Die tatsächlichen Frequenzbereiche des Tiefbaßbands, Mittelbaßbands und Mittelbereichbands variieren entsprechend dem Lautsprecher und der Anwendung, für welche der Lautsprecher benützt wird. Der Ausdruck Tiefbaß wird im allgemeinen verwendet, um sich auf Frequenzen in einem Band zu beziehen, in welchem der Lautsprecher einen Ausgang erzeugt, der weniger genau ist im Vergleich zu dem Lautsprecherausgang bei höheren Frequenzen, wie z. B. in dem Mittelbaßband. Der Ausdruck Mittelbaßband ist im allgemeinen verwendet, um sich auf Frequenzen oberhalb des Tiefbaßbands zu beziehen. Der Ausdruck Mittelbereich ist allgemein verwendet, um sich auf Frequenzen oberhalb des Mittelbaßbands zu beziehen.

Viele Konustypentreiber sind sehr ineffizient, wenn sie akustische Energie bei tiefen Frequenzen erzeugen, bei welchen der Durchmesser des Konus geringer ist als die Wellenlänge der akustischen Schallwelle. Wenn der Konusdurchmesser kleiner ist als die Wellenlänge, erfordert ein Erhalten eines gleichförmigen Schalldruckpegels des akustischen Ausgangs von dem Konus, daß die Konusauslenkung bzw. der Konushub um einen Faktor vier für jede Oktave (Faktor von 2) erhöht wird, um den die Frequenz abfällt. Die maximale erlaubbare Konusauslenkung des Treibers ist schnell erreicht, wenn man versucht, die niederfrequente Antwort zu verbessern, indem man einfach die elektrische Energie, welche an den Treiber geliefert wird, verstärkt.

Somit kann der niederfrequente Ausgang eines Treibers nicht über ein bestimmtes Limit hinaus erhöht werden und dies erklärt die mangelhafte niederfrequente Klangqualität bzw. Klangqualität bei niedriger Frequenz der meisten kleinen Lautsprechersysteme. Die Kurve 908 ist typisch für die meisten kleinen Lautsprechersysteme, welche einen Niederfrequenz-Treiber von ungefähr vier Zoll im Durchmesser einsetzen. Lautsprechersysteme mit größeren Treibern werden dazu tendieren, einen nennenswerten akustischen Ausgang bis zu Frequenzen hinunter zu erzeugen, welche etwas unter jenen liegen, welche in der Kurve 908 gezeigt sind, und Systeme mit kleineren Niederfrequenztreibern werden typischerweise keinen Ausgang erzeugen, welcher so niedrig ist wie jener, der in Kurve 908 gezeigt ist.

Wie oben besprochen wurde, hatte ein Systementwickler bis heute wenig Auswahl bei einer Entwicklung von Lautsprechersystemen mit einer erweiterten niederfrequenten bzw. Niederfrequenz-Antwort. Bisher bekannte Lösungen waren teuer und erzeugten Lautsprecher, welche zu groß für den Desktop bzw. Schreibtisch waren. Eine populäre Lösung für das Niederfrequenzproblem ist die Verwendung eines Tief-Tieftöners bzw. Sub-Woofers, welcher üblicherweise auf dem Boden nahe dem Computersystem plaziert ist. Tief-Tieftöner können einen angemessenen Niederfrequenzausgang zur Verfügung stellen, sind aber teuer und somit relativ unüblich im Vergleich zu den billigen Desktoplautsprechern.

Anstatt Treiber mit Konussen großen Durchmessers oder einen Tief-Tieftöner zu benützen, überwindet eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Niederfrequenzbegrenzungen bzw. -beschränkungen von kleinen Systemen durch den Einsatz von Charakteristika des menschlichen Gehörsystems, um die Wahrnehmung von niederfrequenter, akustischer Energie sogar dann erzeugen, wenn eine derartige Energie durch das Lautsprechersystem nicht erzeugt wird.

Von dem menschlichen Gehörsystem ist bekannt, daß es nicht linear ist. Ein nicht lineares System ist, einfach genommen, ein System, in welchem ein Ansteigen im Eingang nicht von einem proportionalen Anstieg im Ausgang gefolgt wird. Somit erzeugt beispielsweise in dem Ohr eine Verdoppelung des akustischen Schalldruckpegels nicht eine Wahrnehmung, daß die Lautstärke der Schallquelle verdoppelt worden ist. Tatsächlich ist das menschliche Ohr, in einer ersten Näherung, eine Quadratgesetzeinrichtung, welche mehr auf die Leistung als auf die Intensität der akustischen Energie reagiert. Diese Nicht-Linearität des Gehörmechanismus erzeugt Intermodulationsfrequenzen bzw. Kreuzmodulationsfrequenzen, welche als Obertöne oder Harmonische der tatsächlichen Frequenzen in der akustischen Welle gehört werden.

Der Intermodulationseffekt der Nicht-Linearitäten in dem menschlichen Ohr ist in 10 gezeigt, welche ein idealisiertes Amplitudenspektrum von zwei reinen Tönen darstellt bzw. illustriert. Das Spektraldiagramm in 10 zeigt eine erste Spektrallinie 1004, welche akustischer Energie entspricht, die durch einen Lautsprechertreiber (z. B. Tief-Tieftöner) bei 50 Hz erzeugt wird. Eine zweite Spektrallinie 1002 ist bei 60 Hz gezeigt. Die Linien 1004 und 1002 sind tatsächliche Spektrallinien, welche einer realen akustischen Energie entsprechen, wie sie durch den Treiber erzeugt wird, und es wird angenommen, daß keine andere akustische Energie existiert. Nicht desto weniger wird das menschliche Ohr, aufgrund seiner inhärenten Nicht-Linearitäten, Intermodulationsprodukte erzeugen, welche der Summe der beiden tatsächlichen Spektralfrequenzen und der Differenz zwischen den beiden Spektralfrequenzen entsprechen.

Beispielsweise wird eine Person, welche der akustischen Energie zuhört, die durch die Spektrallinien 1004 und 1002 repräsentiert wird, akustische Energie bei 50 Hz, wie dies durch die Spektrallinie 1006 gezeigt ist, bei 60 Hz, wie dies durch die Spektrallinie 1006 gezeigt ist, und bei 110 Hz, wie dies durch die Spektrallinie 1010 gezeigt ist, wahrnehmen. Die Spektrallinie 1010 entspricht nicht einer realen akustischen Energie, welche durch den Lautsprecher erzeugt wird, sondern entspricht eher der Spektrallinie, welche innerhalb des Ohrs durch die Nicht-Linearitäten des Ohrs erzeugt wird. Die Linie 1010 tritt bei einer Frequenz von 110 Hz auf, welche die Summe der beiden aktuellen bzw. tatsächlichen Spektrallinien (110 Hz = 50 Hz + 60 Hz) ist. Es soll beachtet werden, daß die Nicht-Linearitäten des Ohrs auch eine Spektrallinie bei der Differenzfrequenz von 10 Hz (10 Hz = 60 Hz – 50 Hz) erzeugen wird, wobei diese Linie jedoch nicht wahrgenommen wird, da sie unterhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs liegt.

10 illustriert den Prozeß einer Intermodulation innerhalb des menschlichen Ohrs, ist jedoch im Vergleich mit realem Programmaterial, wie z. B. Musik, etwas vereinfacht. Typisches Programmaterial, wie z. B. Musik, ist reich an Harmonischen, und zwar soviel, daß die meiste Musik ein fast kontinuierliches Spektrum zeigt, wie dies in 11 gezeigt ist. 11 zeigt denselben Typ eines Vergleichs zwischen tatsächlicher und wahrgenommener akustischer Energie, wie dies in 10 gezeigt ist, außer daß die Kurven in 11 für kontinuierliche Spektren gezeigt sind. 11 zeigt eine tatsächliche akustische Energiekurve 1120 bzw. Kurve tatsächlicher akustischer Energie und das entsprechende wahrgenommene Spektrum 1130.

Wie bei den meisten nicht linearen Systemen ist die Nicht-Linearität des Ohrs ausgeprägter, wenn das System große Auslenkungen macht (z. B. große Signalpegel) als bei kleinen Auslenkungen. Somit sind beim menschlichen Ohr die Nicht-Linearitäten bei niedrigen Frequenzen ausgeprägter, wo das Trommelfell und andere Elemente des Ohrs relativ große mechanische Auslenkungen selbst bei kleineren Lautstärkepegeln machen. Somit zeigt 11, daß die Differenz zwischen der tatsächlichen akustischen Energie 1120 und der wahrgenommenen akustischen Energie 1130 dazu neigt, im unteren Frequenzbereich bzw. Bereich niedriger Frequenz am größten zu sein, und relativer kleiner im höheren Frequenzbereich wird.

Wie in 10 und 11 gezeigt, wird niederfrequente, akustische Energie, welche mehrfache Töne oder Frequenzen umfaßt, bei dem Zuhörer die Wahrnehmung erzeugen, daß die akustische Energie im Mittelbaßbereich mehr spektralen Inhalt beinhaltet, als tatsächlich existiert. Das menschliche Gehirn wird im Angesicht einer Situation, in welcher die Information als fehlend erachtet wird, bestrebt sein, fehlende Information auf einer unterbewußten Ebene "aufzufüllen". Dieses Phänomen eines Auf- bzw. Einfüllens ist die Basis für viele optische Täuschungen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gehirn zum Einfüllen von niederfrequenter Information überlistet werden, welche nicht wirklich vorliegt bzw. vorhanden ist, indem die Mittelbaßeffekte einer solchen niederfrequenten Information dem Gehirn zur Verfügung gestellt werden.

Mit anderen Worten wird, wenn dem Gehirn jene Harmonischen dargeboten werden, die durch das Ohr erzeugt würden, wenn die niederfrequente, akustische Energie vorläge (z. B. die Spektrallinie 1010), das Gehirn unter den richtigen Bedingungen unbewußt bzw. unterbewußt die niederfrequenten Spektrallinien 1006 und 1008 einfüllen, von welchen es denkt, daß sie vorliegen "müßten". Dieser Einfüllvorgang wird durch einen anderen Effekt der Nicht-Linearität des menschlichen Ohrs vergrößert, welcher als der Detektoreffekt bekannt ist.

Die Nicht-Linearität des menschlichen Ohrs veranlaßt das Ohr auch dazu, sich wie eine Detektor zu verhalten, ähnlich einem Diodendetektor in einem Amplitudenmodulations-(AM)-Empfänger. Wenn ein Mittelbaß-harmonischer Ton durch einen Tiefbaßton AM moduliert wird, wird das Ohr den modulierten Mittelbaßträger demodulieren, um die Tiefpaßhüllkurve zu reproduzieren. 12A und 12B illustrieren graphisch das modulierte und demodulierte Signal. 12A zeigt auf einer Zeitachse ein moduliertes Signal, welches ein Trägersignal höherer Frequenz umfaßt (z. B. den Mittelbaßträger), das durch ein Tiefbaßsignal moduliert ist.

Die Amplitude des höherfrequenten Signals bzw. Signals höherer Frequenz wird durch einen niederfrequenten Ton moduliert und somit variiert die Amplitude des höherfrequenten Signals entsprechend der Frequenz des niederfrequenten Tons. Die Nicht-Linearität des Ohrs wird das Signal teilweise derart demodulieren, daß das Ohr die niederfrequente Hüllkurve des höherfrequenten Signals detektieren wird, und somit die Wahrnehmung des niederfrequenten Tons erzeugen, obwohl keine tatsächliche akustische Energie bei der niederen Frequenz erzeugt wurde. So wie bei dem Intermodulationseffekt bzw. Kreuzmodulationseffekt, der oben besprochen wurde, kann der Detektoreffekt durch passende bzw. geeignete Signalverarbeitung der Signale in dem Mittelbaß-Frequenzbereich verstärkt werden. Durch ein Verwenden der passenden Signalverarbeitung ist es möglich, ein Klangverbesserungs- bzw. -verstärkungssystem zu entwerfen, welches die Wahrnehmung von niederfrequenter, akustischer Energie erzeugt, selbst wenn Lautsprecher verwendet werden, welche nicht geeignet bzw. fähig für oder ineffizient bei einer Erzeugung einer derartigen Energie sind.

Die Wahrnehmung der tatsächlichen Frequenzen, welche in der akustischen Energie vorliegen, welche durch den Lautsprecher erzeugt wurde, kann als Effekt der ersten Ordnung betrachtet werden. Die Wahrnehmung von zusätzlichen Harmonischen, welche nicht in den tatsächlichen akustischen Frequenzen vorliegen, ob solche Harmonische durch Intermodulationsverzerrung oder Detektion erzeugt wurden, kann als ein Effekt zweiter Ordnung betrachtet werden.

13A ist ein Blockdiagramm eines Ton- bzw. Klangsystems, in welchem die Klangverstärkungsfunktion durch eine Baßverstärkungseinheit 1304 zur Verfügung gestellt wird. Die Baßverstärkungseinheit 1304 empfängt Audiosignale von einer Signalquelle 1302. Die Signalquelle 1302 kann eine beliebige Signalquelle sein, einschließlich des Signalverarbeitungsblocks 122, der in 1 gezeigt ist. Die Baßverstärkungseinheit 1304 führt eine Signalverarbeitung durch, um die empfangenen Audiosignale zum Erzeugen von Audioausgangssignalen zu modifizieren. Die Audioausgangssignale können an Lautsprecher, Verstärker oder andere Signalverarbeitungseinrichtungen zur Verfügung gestellt werden.

13B ist ein Blockdiagramm einer Topologie für eine Zweikanal-Baßverstärkungseinheit 1304, welche über einen ersten Eingang 1309, einen zweiten Eingang 1311, einen ersten Ausgang 1317 und einen zweiten Ausgang 1319 verfügt. Der erste Eingang 1309 und der erste Ausgang 1317 entsprechen einem ersten Kanal. Der zweite Eingang 1311 und der zweite Ausgang 1319 entsprechen einem zweiten Kanal. Der erste Eingang 1309 wird an einen ersten Eingang eines Kombinators 1310 und an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1313 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1313 wird an einen ersten Eingang eines Kombinators 1314 zur Verfügung gestellt. Der zweite Eingang 1311 wird an einen zweiten Eingang des Kombinators 1310 und an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1315 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1615 wird an einen ersten Eingang eines Kombinators 1316 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Kombinators 1310 wird an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1312 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1312 wird an einen zweiten Eingang des Kombinators 1314 und an einen Eingang des Kombinators 1316 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Kombinators 1314 wird an den ersten Ausgang 1317 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des zweiten Kombinators 1316 wird an den zweiten Ausgang 1319 zur Verfügung gestellt.

Signale von dem ersten und zweiten Eingang 1309 und 1311 werden kombiniert und durch den Signalverarbeitungsblock 1312 verarbeitet. Der Ausgang bzw. die Ausgabe des Signalverarbeitungsblocks 1312 ist ein Signal, das bei Kombination mit den jeweiligen Ausgängen bzw. Ausgaben der Signalverarbeitungsblöcke 1313 und 1315 die baßverstärkten Ausgänge 1317 und 1319 erzeugt.

13C ist ein Blockdiagramm einer anderen Topologie für eine Zweikanal-Baßverstärkungseinheit 1344. In 13C wird der erste Eingang 1309 an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1321 und an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1322 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang bzw. eine Ausgabe des Signalverarbeitungsblocks 1321 wird an einen ersten Eingang eines Kombinators 1325 zur Verfügung gestellt und ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1322 wird an einen zweiten Eingang des Kombinators 1325 zur Verfügung gestellt. Der zweite Eingang 1311 wird an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1323 und an einen Eingang eines Signalverarbeitungsblocks 1324 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1323 wird an einen ersten Eingang eines Kombinators 1326 zur Verfügung gestellt und ein Ausgang des Signalverarbeitungsblocks 1324 wird an einen zweiten Eingang des Kombinators 1326 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Kombinators 1325 wird an den ersten Ausgang 1317 zur Verfügung gestellt und ein Ausgang des zweiten Kombinators 1326 wird an den zweiten Ausgang 1319 zur Verfügung gestellt.

Anders als die in 13B gezeigte Topologie kombiniert die in 13C gezeigte Topologie nicht die beiden Eingangssignale 1309 und 1311, sondern im Gegenteil werden die beiden Kanäle getrennt gehalten und die Baßverstärkungsverarbeitung wird an jedem einzelnen Kanal durchgeführt.

14 ist ein Blockdiagramm 1400 einer Ausführungsform des Baßverstärkungssystems 1304, welches in 13A gezeigt wird. Das Baßverstärkungssystem 1400 benützt eine Baßschlageinheit 1420 zum Erzeugen eines zeitabhängigen Verstärkungsfaktors. 14 kann auch als ein Flußdiagramm benützt werden, um ein Programm zu beschreiben, welches auf einem DSP oder anderen Prozessor läuft, welcher die Signalverarbeitungsvorgänge einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert. 14 zeigt zwei Eingänge, einen linken Kanaleingang 1402 und einen rechten Kanaleingang 1404. Wie bei vorangegangenen Ausführungsformen werden links und rechts als Vereinfachung, aber nicht als eine Beschränkung benützt. Die Eingänge 1402 und 1404 werden beide an einem Addierer 1406 zur Verfügung gestellt, welche einen Ausgang erzeugt, der eine Kombination dieser beiden Eingänge bzw. Eingaben ist.

Der Ausgang des Addierers 1406 wird an einen Eingang eines Tiefpaßfilters 1409 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang des Tiefpaßfilters 1409 wird an ein erstes Bandpaßfilter 1412, ein zweites Bandpaßfilter 1413, ein drittes Bandpaßfilter 1415, ein viertes Bandpaßfilter 1411 und an ein fünftes Bandpaßfilter 1414 zur Verfügung gestellt. Der Ausgang des Bandpaßfilter 1413 wird an einen Eingang eines Addierers 1418 zur Verfügung gestellt.

Der Ausgang des Bandpaßfilters 1415 wird einer ersten Stellung eines einpoligen Doppelumschalters (SPDT) 1416 zur Verfügung gestellt. Der Ausgang des Bandpaßfilters 1411 wird einer zweiten Stellung des SPDT-Schalters 1416 zur Verfügung gestellt. Der Pol des Schalters 1416 wird einem Eingang des Addierers 1418 zur Verfügung gestellt.

Der Ausgang des Bandpaßfilters 1412 wird einer ersten Stellung eines einpoligen Doppelumschalters (SPDT) 1419 zur Verfügung gestellt. Der Ausgang des Bandpaßfilters 1414 wird einer zweiten Stellung des SPDT-Schalters 1419 zur Verfügung gestellt. Der Pol des Schalters 1419 wird einem Eingang des Addierers 1418 zur Verfügung gestellt.

Ein Ausgang des Addierers 1418 wird an einen Eingang der Baßschlageinheit 1420 zur Verfügung gestellt. Ein Ausgang der Baßschlageinheit 1420 wird einer ersten Stellung eines (SPDT) Schalters 1422 zur Verfügung gestellt. Eine zweite Stellung des SPDT-Schalters 1422 wird an Masse zur Verfügung gestellt. Die Stellung bzw. Umschaltung des SPDT-Schalters 1422 wird an einen ersten Eingang eines linken Kanaladdierers 1424 und an einen ersten Eingang eines rechten Kanalsaddierers 1432 zur Verfügung gestellt. Der linke Kanaleingang 1402 wird an einen zweiten Eingang des linken Kanaladdierers 1424 zur Verfügung gestellt und der rechte Kanaleingang 1404 wird an einen zweiten Eingang des rechten Kanaladdierers 1432 zur Verfügung gestellt. Die Ausgänge des linken Kanaladdierers 1424 und des rechten Kanaladdierers 1432 sind jeweils ein linker Kanalausgang 1430 und ein rechter Kanalausgang 1433 des Signalverarbeitungsblocks 1400. Die Schalter 1422 und 1416 sind optional und können durch feste Verbindungen ersetzt werden.

Die Schalter 1416 und 1419 gestatten es, daß die Filter 1411–1415 für drei verschiedene Frequenzbereiche, nämlich für 40–100, 60–150 und 100–200, konfiguriert sind.

Die Filtervorgänge, welche durch die Filter 1411–1415 und den Kombinator 1418 zur Verfügung gestellt werden, können in ein zusammengesetztes Filter 1407 kombiniert werden, wie dies in 14 gezeigt ist. Beispielsweise sind in einer alternativen Ausführungsform die Filter 1411–1415 in ein einzelnes Bandpaßfilter kombiniert, welches über eine Durchlaßbandbreite verfügt, die sich von ungefähr 40 Hz bis 250 Hz erstreckt. Zur Verarbeitung von Baßfrequenzen erstreckt sich die Durchlaßbandbreite bzw. das Durchlaßband des zusammensetzten Filters 1407 vorzugsweise von ungefähr 20 Hz bis 100 Hz am unteren Ende und von ungefähr 150 bis 350 Hz oberen Ende. Das zusammensetzte Filter 1407 kann ebenso über andere Filtertransfer- bzw. Filterübertragungsfunktionen verfügen, z. B. einschließlich eines Hochpaßfilters, eines Kuhschwanzfilters usw. Das zusammengesetzte bzw. Zusammensetzungsfilter kann auch so konfiguriert sein, daß es in einer Weise ähnlich zu einem graphischen Entzerrer bzw. Equalizer arbeitet und einige Frequenzen innerhalb seines Durchlaßbands relativ zu anderen Frequenzen innerhalb seines Durchlaßbands abschwächt.

Wie gezeigt, entspricht die 14 ungefähr der in 13B gezeigten Topologie, wo die Signalverarbeitungsblöcke 1313 und 1315 über eine Einheits-Übertragungsfunktionen verfügen und der Signalverarbeitungsblock 1312 das zusammensetzte Filter 1407 und die Baßschlageinheit 1420 umfaßt. Jedoch ist die in 14 gezeigte Signalverarbeitung nicht auf die in 13B gezeigte Topologie begrenzt bzw. beschränkt. Die Elemente von 14 können ebenso in der in 13C gezeigten Topologie benützt werden, wo die Signalverarbeitungsblöcke 1321 und 1323 über eine Einheits-Transfer- bzw. Übertragungsfunktion verfügen und die Signalverarbeitungsblöcke 1322 und 1324 das zusammensetzte Filter 1407 und die Baßschlageinheit 1420 umfassen. Obwohl dies nicht in 14 gezeigt ist, können die Signalverarbeitungsblöcke 1313, 1315, 1321 und 1323 eine zusätzliche Signalverarbeitung zur Verfügung stellen, wie z. B. ein Hochpaßfiltern zum Entfernen niedriger Baßfrequenzen, ein Hochpaßfiltern zum Entfernen von Frequenzen, welche durch die Baßschlageinheit 1402 verarbeitet werden bzw. wurden, eine Hochfrequenzverstärkung zum Verbessern der hochfrequenten Klänge, eine zusätzliche Mittelbaßverarbeitung als Ergänzung zu dem Baßschlagsystem, usw. Andere Kombinationen werden ebenso überdacht.

15 ist ein Frequenzdomänendiagramm, welches die allgemeine Gestalt bzw. Form der Übertragungsfunktionen der Bandpaßfilter 1411–1413, 1415 zeigt. 15 zeigt die Bandpaßübertragungsfunktionen 1501–1505 entsprechend den jeweiligen Bandpaßfiltern 1411–1415. Die Transfer- bzw. Übertragungsfunktionen 1501–1505 werden als Bandpaßfunktionen gezeigt, welche bei jeweils 40, 60, 100, 150 und 200 Hz zentriert sind.

In einer Ausführungsform ist das Bandpaßfilter 1411 auf eine Frequenz unter 100 Hz, z. B. 40 Hz, eingestellt. Wenn sich der Schalter 1416 in einer ersten Position, entsprechend der ersten Stellung, befindet, wählt er das Bandpaßfilter 1411 aus und scheidet das Bandpaßfilter 1415 aus, wodurch die Bandpaßfilter bei 40, 60 und 100 Hz zur Verfügung gestellt werden. Wenn sich der Schalter 1416 in einer zweiten Position entsprechend der zweiten Stellung befindet, scheidet er das Bandpaßfilter 1411 aus und wählt das Bandpaßfilter 1415, wodurch Bandpaßfilter bei 60, 100 und 150 Hz zur Verfügung gestellt werden.

Somit erlaubt der Schalter 1416 in wünschenswerter Weise dem Benützer, den Frequenzbereich auszuwählen, der verstärkt bzw. angehoben werden soll. Ein Anwender mit einem Lautsprechersystem, das kleine Tieftöner zur Verfügung stellt, wie z. B. Tieftöner mit einem Durchmesser von drei bis vier Zoll, wird typischerweise den oberen Frequenzbereich auswählen, welcher durch die Bandpaßfilter 1412– 1413, 1415 zur Verfügung gestellt wird, welche jeweils auf 40, 60, 100 und 150 Hz eingestellt sind. Ein Anwender mit einem Lautsprechersystem, das etwas größere Tieftöner zur Verfügung stellt, z. B. Tieftöner mit ungefähr fünf Zoll im Durchmesser oder größer, wird typischerweise den niedrigeren Frequenzbereich bzw. Bereich niedriger Frequenz auswählen, welcher durch die Bandpaßfilter 1411–1413, 1515 zur Verfügung gestellt wird, welche jeweils auf 40, 60, 100 und 150 Hz eingestellt sind. Ein Fachmann wird erkennen, daß mehr Schalter zur Verfügung gestellt werden könnten, um eine Auswahl von mehr Bandpaßfiltern und mehr Frequenzbereichen zu gestatten. Ein Auswählen verschiedener Bandpaßfilter zum Bereitstellen verschiedener Frequenzbereiche ist eine wünschenswerte Technik, da die Bandpaßfilter billig sind und da verschiedene Bandpaßfilter mit einem einfachen Umschalter ausgewählt werden können.

In einer Ausführungsform benützt die Baßschlageinheit 1420 eine automatische Verstärkungskontrolle bzw. -regelung (AGC), umfassend einen linearen Verstärker mit einem internen Rückkopplungsregelungskreis bzw. einer internen Servorückkopplungsschleife. Der Servo stellt automatisch die Durchschnittsamplitude des Ausgangssignals ein, um die durchschnittliche Amplitude eines Signals an den Regelungs- bzw. Steuerungseingang anzupassen. Die durchschnittliche Amplitude des Regelungseingangs wird typischerweise dadurch erzielt, daß die Hüllkurve bzw. Umhüllende des Regelungssignals abgetastet wird. Das Steuer- bzw. Regelsignal kann auch durch andere Verfahren erzielt werden, beispielsweise beinhaltend ein Tiefpaßfiltern, Bandpaßfiltern, eine Spitzenwertabtastung bzw. -detektion, RMS-Mittelwertbildung, Durchschnittswert-Mittelwertbildung usw.

Als Antwort auf ein Ansteigen der Amplitude der Hüllkurve des Signals, welches am Eingang der Baßschlageinheit 1420 zur Verfügung gestellt wird, erhöht der Regelkreis bzw. Servoschleife die Vorwärts- bzw. Durchlaßverstärkung der Baßschlageinheit 1420. Umgekehrt erhöht als Antwort auf ein Absinken der Amplitude der Hüllkurve des Signals, welches am Eingang der Baßschlageinheit 1420 zur Verfügung gestellt wird, der Regelkreis die Durchlaßverstärkung der Baßschlageinheit 1420. In einer Ausführungsform steigt die Verstärkung der Baßschlageinheit 1420 schneller als die Verstärkung sinkt. 16 ist ein Zeitdomänendiagramm, welches die Verstärkung der Baßschlageinheit 1420 in Antwort auf eine Einheitsstufeneingabe zeigt. Ein Fachmann wird erkennen, daß 16 eher ein Diagramm einer Verstärkung als Funktion der Zeit als ein Ausgangssignal als eine Funktion der Zeit ist. Die meisten Verstärker verfügen über eine Verstärkung, die fest eingestellt ist, weshalb eine Verstärkung selten gezeichnet wird. Jedoch variiert die automatische Verstärkungsregelung (AGC) in der Baßschlageinheit 1420 die Verstärkung der Baßschlageinheit 1420 in Antwort auf die Hüllkurve des Eingangssignals.

Der Einheitsstufeneingang ist als eine Kurve 1609 gezeichnet und die Verstärkung ist als eine Kurve 1602 gezeichnet. In Antwort auf die führende Kante bzw. ansteigende Flanke des Eingangsimpulses 1609 steigt die Verstärkung während einer Periode 1604 entsprechend einer Anstiegszeitkonstante an. Am Ende der Zeitperiode 1604 erreicht die Verstärkung 1602 eine gleichbleibende bzw. Gleichgewichts-Verstärkung von A₀. In Antwort auf die nachlaufende Kante bzw. Abfallflanke des Eingangsimpulses 1609 fällt die Verstärkung während einer Zeitperiode auf Null zurück, welche einer Abfallszeitkonstante 1606 entspricht.

Die Anstiegszeitkonstante 1604 und die Abfallszeitkonstante 1606 sind wünschenswerter Weise ausgewählt, um eine Verstärkung der Baßfrequenzen zur Verfügung zu stellen, ohne andere Komponenten des Systems, wie den Verstärker und die Lautsprecher, zu übersteuern. 17 ist ein Zeitbereichsdiagramm 1700 einer typischen Baßnote, welche durch ein Musikinstrument gespielt wird, wie z. B. einer Baßgitarre, einer Baßtrommel, eines Synthesizers usw. Die Zeichnung bzw. das Diagramm 1700 zeigt einen höherfrequenten Bereich 1740, welcher durch einen niederfrequenten Bereich mit einer Modulationshüllkurve 1742 Amplituden-moduliert ist. Die Hüllkurve 1742 verfügt über einen Anstiegsbereich 1746, gefolgt durch einen Abfallsbereich 1747, gefolgt von einem Haltebereich 1748 und schließlich gefolgt von einem Auslösebereich 1749. Die größte Amplitude der Zeichnung 1700 ist bei einer Spitze 1750, welche an dem Zeitpunkt zwischen dem Anstiegsbereich 1746 und dem Abfallsbereich 1747 auftritt.

Wie festgestellt wurde, ist die Wellenform 1744 typisch für viele, wenn nicht die meisten Musikinstrumente. Beispielsweise wird eine Gitarrensaite, wenn sie gezogen und losgelassen wird, anfänglich wenige große Amplitudenvibrationen bzw. -schwingungen machen und dann in einen Zustand einer mehr oder weniger gleichbleibenden Vibration absinken, welche langsam über eine lange Periode ausklingt. Die anfänglichen Vibrationen großer Auslenkung der Gitarrensaite entsprechen dem Anstiegsbereich 1746 und dem Ausklingbereich 1747. Die langsam abklingenden Vibrationen entsprechen dem Haltebereich 1748 und den Auslösebereichen 1749. Pianosaiten arbeiten auf ähnliche Weise, wenn sie durch einen an einer Pianotaste angebrachten Hammer geschlagen werden.

Pianosaiten können einen ausgeprägteren Übergang von dem Haltebereich 1748 zum Auslösebereich 1749 aufweisen, da der Hammer nicht in seine Ruhelage auf der Saite zurückkehrt, bis die Pianotaste losgelassen wird. Während die Pianotaste nach unten gehalten wird, schwingt während der Halteperiode 1748 die Saite frei mit einer relativ geringen Abschwächung. Wenn die Taste losgelassen wird, kommt der mit Filz überzogene Hammer in seine Ruhelage auf der Taste und dämpft rasch die Vibration der Saite während der Freigabe- bzw. Auslöseperiode 1749.

Ähnlich wird ein Trommelfell, wenn es geschlagen wird, einen Anfangssatz von Schwingungen bzw. Vibrationen großer Auslenkung erzeugen, welche dem Anstiegsbereich 1746 und dem Abklingbereich 1747 entsprechen. Nachdem die Vibrationen großer Auslenkung (entsprechend dem Ende des Ausklingbereichs 1717) ausgeklungen sind wird das Trommelfell bzw. der Trommelkopf damit fortfahren, für eine Zeitperiode, welche dem Halte- bzw. Verweilbereich 1748 und dem Auslösebereich 1749 entspricht, zu vibrieren. Viele Musikinstrumentenklänge können lediglich durch ein Regeln der Länge der Perioden 1746–2049 erzeugt werden.

Wie in Verbindung mit 12A beschrieben wurde, wird die Amplitude des höherfrequenten Signals durch einen niederfrequenteren Ton (die Hüllkurve) moduliert und somit variiert die Amplitude des höherfrequenten Signals entsprechend der Frequenz des Tons niederer Frequenz. Die Nicht-Linearität des Ohrs wird das Signal teilweise demodulieren, so daß das Ohr die niederfrequente Hüllkurve des höherfrequenten Signals aufnimmt und somit die Wahrneh