Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wiedergabegerät mit Kopfhörer und genauer auf ein Wiedergabegerät mit Kopfhörer zur Lokalisation einer Tondarstellung bei einer Position, die vom Kopf eines Hörers entfernt ist.

Eine gewöhnliches Wiedergabegerät mit Kopfhörer zur Verarbeitung von Tonsignalen, um eine Tondarstellung bei einer Position entfernt vom Kopf eines Hörers zu lokalisieren, wird im folgenden mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen dargestellt werden.

1 ist eine Ansicht, die die Übertragungsmerkmale von einem Lautsprecher sowohl zu dem rechten als auch dem linken Ohr eines Hörers zeigt, die erhalten werden können, wenn Tonsignale durch einen Lautsprecher wiedergegeben werden. Außerdem ist 2 ein Blockdiagramm, das ein bekanntes Wiedergabegerät mit Kopfhörer zeigt und 3 ist ein Blockdiagramm, das einen digitalen Filter (einen Faltungsrechner) vom Typ FIR (des begrenzten Ansprechens auf einen Impuls) zeigt.

Wie in 1 gezeigt kann der Ton, der von dem Lautsprecher 40 zu dem Hörer 41 übertragen wird, durch zwei unterschiedliche Übertragungsfunktionen hl(n) (von dem Lautsprecher 40 zu einem linken Ohr 41L) bzw. hr(n) (von dem Lautsprecher 40 zu einem rechten Ohr 41R) dargestellt werden, wenn der Ton, der durch einen Lautsprecher 40 wiedergegeben wird, der sich bei einer Position befindet, von einem Hörer gehört wird. In dem Wiedergabegerät mit Kopfhörer werden diese zwei Übertragungsfunktionen hl(n) und hr(n) außerdem wie in 2 gezeigt aus Eingabesignalen x(n) synthetisiert, die über einen Eingabeanschluß 51 eingegeben werden. Eine Tondarstellung, die bei dem Lautsprecher 40 lokalisiert ist, wird so über einen Kopfhörer 52 auf eine Wiedergabeart mit einem Pseudolautsprecher wiedergegeben.

In der oben beschriebenen Synthese der zwei Übertragungsfunktionen hl(n) und hr(n) werden die Impulsantworten (d. h. die Übertragungsfunktionen) von sowohl dem linken als auch dem rechten Ohr, die unter Verwendung einer Kopfattrappe oder eines Hörers gemessen werden, verwendet, und die gemessenen Impulsantworten werden durch Faltung aus den Eingangssignalen unter Verwendung einer Signalverarbeitungseinheit (z. B. einer digitalen Signalverarbeitungseinheit) berechnet.

Genauer werden die Eingabesignale, die über einen Eingabeanschluß 51 eingegeben werden, in Signale auf dem linken Kanal und Signale auf dem rechten Kanal unterteilt. Die unterteilten Signale werden dann in einen linken Faltungsrechner 53L und einen rechten Faltungsrechner 53R getrennt für die Faltungsrechnungen eingegeben. Daraufhin werden die Signale, die von den zwei Faltungsrechnern 53L und 53R ausgegeben werden, zu einem linken Kanal 52L und einem rechten Kanal 52R eines Kopfhörers 52 getrennt übertragen.

Die Faltungsrechnungen können hierbei wie folgt ausgedrückt werden: yl(n) = x(n)*hl(n) yr(n) = x(n)*hr(n) wobei

x(n): diskrete Signalfolge der Eingangssignale,

hl(n): Impulsantwort vom Lautsprecher zum linken Ohr,

hr(n): Impulsantwort vom Lautsprecher zum rechten Ohr,

yl(n): vom Kopfhörer wiedergegebene Signalfolge auf dem linken Kanal,

yr(n): vom Kopfhörer wiedergegebene Signalfolge auf dem rechten Kanal.

Um die Faltungsrechnungen der Impulsantworten (d. h. Übertragungsfunktionen) auszuführen, muß jeder der zwei Rechner 53L und 53R als digitaler FIR-Vielpunktfilter 60 wie in 3 gezeigt aufgebaut sein. Der digitale FIR-Vielpunktfilter 60 umfaßt Verzögerungseinrichtungen 61 für einen einzigen Abtastwert, Multiplizierer 62, um jeweils die Faltung der Impulsantwort auszuführen (h(₀) bis h(_N) bezeichnen einen Multiplikationswert) und Addierer 63, die jeweils die Ausgangssignale der Multiplizierer 62 addieren.

Das bekannte Wiedergabegerät mit Kopfhörer, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, hat die folgenden Nachteile. Wenn die Impulsantworten (Übertragungsfunktionen) gefaltet werden, wobei die digitalen Eingangssignale mit der Abtastfrequenz 44100 Hz beispielsweise abgetastet werden, ist es notwendig, die Verzögerungen, Multiplikationen und Additionen so oft wie 44100 Mal zu wiederholen, um die Impulsantworten für die Eingangssignale für nur eine Sekunde zu falten.

Wenn es erforderlich ist, Nachhallmerkmale unter Berücksichtigung der reflektierten Töne in einem Raum wiederzugeben, muß zusätzlich die Anzahl der digitalen Filter 60 vom Typ FIR weiter vergrößert werden, da sich die Zeitdauern der Übertragungsfunktionen verlängern.

Somit besteht ein Problem darin, daß der Umfang der Hardware, die für die digitale Signalverarbeitungseinheit verwendet wird, voluminös ist, mit dem Ergebnis, daß die Verwirklichung der Tonwiedergabe für einen Pseudolautsprecher durch einen Kopfhörer bisher schwierig war.

Die Japanische Veröffentlichung JP 58198999A offenbart ein Gerät zur Erzeugung einer Tondarstellung, indem es ermöglicht, daß ein Multiplizierer das Ausgangssignal eines Korrelators zum Zusammenstellen von zwei Signalen auf dem linken und dem rechten Kanal und das Ausgangssignal eines Differenzsignalgenerators zu multiplizieren und die Doppelfrequenz eines Kammfilters auf Grundlage des Multiplikationsergebnisses zu verändern.

Die Britische Patentveröffentlichung GB-A-2220818 offenbart ein System zur Erzeugung eines Stereotons über Kopfhörer. Das System umfaßt Filter und Addierer, die einen quer verbundenen Aufbau haben, um den Stereoton zu erzeugen.

Ähnlich schafft die Französische Patentschrift FR-A-2296340 eine Schaltung zur Erzeugung eines Stereotons über Kopfhörer mit einem quer verbundenen Aufbau zwischen der Verzögerungseinrichtung und den Filtern.

Die Japanische Veröffentlichung JP 02219400A beschreibt eine Schaltung, die mehrere Verzögerungseinrichtungen zur Verzögerung des Audioeingangssignals und mehrere Filter zur Berichtigung der Frequenzmerkmale des Audioeingangssignals aufweist.

Des weiteren offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 3(1991)-250899 ein Wiedergaberät mit Kopfhörer, das die Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfes mit Hilfe eines einfachen Aufbaus ermöglicht. In diesem Gerät werden reflektierte Töne, die unterschiedliche Verzögerungszeiten haben, und unterschiedliche Signalniveaus auf Grundlage der Eingangssignale für ein Ohr gebildet. Linke und rechte Nebensprechsignale werden dann auf Grundlage der Signale gebildet, die durch das Addieren der reflektierten Töne zu den Eingangssignalen erhalten werden. Die reflektierten Töne und die gebildeten Nebensprechsignale werden beide zu den Eingangssignalen addiert. Und die addierten Signale werden unabhängig von der linken und der rechten Seite eines Kopfhörers wiedergegeben.

Genauer hat dieses bekannte Wiedergabegerät mit Kopfhörer zwei Systeme zur Bildung von reflektierten Tönen für das rechte und das linke Ohr, die jeweils Verzögerungen und Multiplizierer aufweisen. Jeweils zwei linke reflektierte Töne (reflektierte Töne für das linke Ohr und reflektierte Töne für das recht Ohr) zu den Eingangssignalen. Außerdem werden die rechten Nebensprechsignale jeweils auf Grundlage der linken Signale gebildet, die einen rechten Filter durchlaufen, und die linken Nebensprechsignale werden jeweils auf Grundlage der rechten Signale gebildet, die einen linken Filter durchlaufen haben. Außerdem werden die gebildeten reflektierten Töne und die gebildeten Nebensprechsignale beide zu den Eingangssignalen getrennt auf der linken und der rechten Seite addiert. Die zwei addierten Signale können somit unabhängig auf der linken und der rechten Seite eines Kopfhörer wiedergegeben werden.

Zusätzlich offenbart die Japanische Offenlegungsschrift ein weiteres Wiedergabegerät mit Kopfhörer, das ein einziges System zur Bildung von reflektierten Tönen aufweist. In diesem Fall werden die Signale, die durch Addieren der reflektierten Töne zu den Eingangssignalen erhalten werden, in zwei Signale von dem einzigen System zur Bildung reflektierter Töne unterteilt. Mit anderen Worten werden die gleichen reflektierten Töne sowohl für das linke als auch das rechte Ohr verwendet. Außerdem werden die linken und rechten Nebensprechsignale auf Grundlage der Signale gebildet, die durch Addieren der reflektierten Töne zu den Eingangssignalen durch zwei unterschiedliche linke und rechte Filter erhalten werden. Außerdem werden die gebildeten reflektierten Töne und die gebildeten Nebensprechsignale beide zu den Eingangssignalen getrennt auf den linken und den rechten Seiten addiert. Die zwei addierten Signale können somit unabhängig auf der linken und der rechten Seite eines Kopfhörers wiedergegeben werden.

Mit anderen Worten werden in dem bekannten Wiedergabegerät mit Kopfhörer für den Fall des linken Ohrs beispielsweise zuerst Eingangssignale gebildet, zu denen die linken reflektieren Töne addiert werden. Die linken Nebensprechsignale werden dann auf Grundlage der Eingangssignale gebildet, zu denen die linken reflektierten Töne addiert werden. Die Eingangssignale, zu denen die linken reflektierten Töne addiert werden, und die linken Nebensprechsignale werden zu den Eingangssignalen für ein Ohr vor der Wiedergabe addiert.

In diesem bekannten Aufbau eines Wiedergabegeräts mit Kopfhörer wie oben beschrieben wird der Richtungseindruck (Übertagungsmerkmale) jedoch nicht synthetisiert, da mehrere reflektierte Töne gebildet werden, indem nur die Verzögerungszeiten geändert werden und die Signalniveaus der Eingangssignale geändert werden. Mit anderen Worten werden die reflektierten Töne zu den Eingangssignalen hinzugefügt, wie sie sind, ohne einen definitiven Richtungseindruck sowohl für das linke als auch das rechte Ohr des Hörers zu schaffen. Zusätzlich werden die Nebensprechsignale, die auf Grundlage der reflektierten Töne gebildet werden, getrennt auf der linken und der rechten Seite auf Grundlage der gleichen Signale gebildet, zu denen die reflektierten Töne addiert werden. Mit anderen Worten werden keine Nebensprechsignale für jeden der reflektierten Töne jeweils gebildet.

Obwohl der Ton etwas ausgeweitet werden kann, wird jeder der reflektierten Töne für jeden reflektierten Ton im Ergebnis in dem bekannten Wiedergabegerät mit Kopfhörer nicht verarbeitet. Es ist somit unmöglich, einen klaren Richtungseindruck zu einer Tonquelle zu erhalten. Mit anderen Worten besteht ein Problem darin, daß ein Tonfeld erzeugt wird, das sich von einem tatsächlichen Raum unterscheidet, mit dem Ergebnis, daß eine realistische Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfes nicht erreicht werden kann.

Außerdem besteht ein Problem für den Fall, daß die Phasensteuerung so ausgeführt wird, daß die Korrelation zwischen dem linken und dem rechten Signal verhindert werden kann, um eine Tondarstellung außerhalb des Kopfs eines Hörers zu lokalisieren. Da die Tondarstellungslokalisation nicht definitiv ausgeführt werden kann, besteht ein Problem darin, daß der Richtungseindruck einer Tonquelle auch nicht klar ist.

Wann immer der Hörer seinen Kopf bewegt, ist der Toneindruck für das bekannte Wiedergabegerät mit Kopfhörer zusätzlich nicht natürlich, da die Lokalisationsposition der Tonquelle auch bewegt wird. Dies führt dazu, daß der Tonwiedergabe mit Kopfhörer ein tatsächlicher Eindruck fehlt.

Angesichts dieser Probleme ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wiedergabegerät mit Kopfhörer zu schaffen, das eine Tondarstellung außerhalb des Kopfs eines Hörers lokalisieren kann, indem sie den Richtungseindruck (Übertragungsmerkmale) einer Tonquelle trotz der Hardware mit geringer Größe synthetisiert.

Um das oben genannten Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen Tons, so daß ein Hörer den Eindruck hat, daß ein Ton von einer virtuellen Tonquelle kommt, die in der Einbildung des Hörers in einem Raum entfernt von dem Hörer vorhanden ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung eines Audio-Eingangssignals auf einem ersten Kanal und eines Audio-Eingangssignals auf einem zweiten Kanal um vorbestimmte Verzögerungszeiten; eine erste Änderungseinrichtung zur Änderung der Frequenzmerkmale der Audio-Eingangssignale auf dem ersten und auf dem zweiten Kanal zu vorbestimmten Frequenzeigenschaften; eine zweite Änderungseinrichtung zur Änderung der Tonniveaus der Audio-Eingangsignale auf dem ersten und auf dem zweiten Kanal zu vorbestimmten Tonniveaus, wobei die Verzögerungseinrichtung und die erste und die zweite Änderungseinrichtung miteinander in Reihe verbunden sind; und eine Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe der Eingangssignale auf dem ersten und dem zweiten Kanal, die durch die Verzögerungseinrichtung und die erste und die zweite Änderungseinrichtung verarbeitet wurden, als Ton, der von der virtuellen Tonquelle kommt.

Die erste Änderungseinrichtung kann einen Tiefpaßfilter einschließen.

Die vorliegende Erfindung kann außerdem aufweisen: eine zweite Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung eines Eingangssignals auf dem ersten Kanal und eines Eingangssignals auf dem zweiten Kanal um vorbestimmte Verzögerungszeiten, wobei beide von dem Audio-Eingangssignal getrennt sind, zur Änderung der Frequenzmerkmale der Eingangssinnale auf dem ersten und dem zweiten Kanal zu vorbestimmten Frequenzmerkmalen, und zur Änderung der Tonniveaus der Eingangsignale auf dem ersten und dem zweiten Kanal zu vorbestimmten Tonniveaus; eine mehrstufige Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung eines weiteren Signals, das von dem Audio-Eingangssignal durch mehrere vorbestimmte Verzögerungszeiten getrennt ist, um mehrstufige verzögerte Signale auszugeben; eine Verarbeitungseinrichtung zur Verzögerung mehrerer Eingangssignale auf einem dritten Kanal und mehrerer Eingangssignale auf einem vierten Kanal um mehrere vorbestimmte Verzögerungszeiten, wobei die Eingangssignale auf dem dritten und auf dem vierten Kanal von den mehrstufigen verzögerten Signalen getrennt sind, zur Änderung der Frequenzmerkmale der Eingangssignale auf dem dritten und auf dem vierten Kanal zu vorbestimmten Frequenzmerkmalen, und zur Änderung der Tonniveaus der Eingangssignale auf dem dritten und auf dem vierten Kanal zu vorbestimmten Tonniveaus; eine Additionseinrichtung zur Addition des Eingangssignals auf dem ersten Kanal zu allen Eingangssignalen auf dem dritten Kanal und des Eingangssignals auf dem zweiten Kanal zu allen Eingangssignalen auf dem vierten Kanal; und eine Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe der Ausgangssignale der vierten Einrichtung als Ton der von der virtuellen Tonquelle kommt.

Die Verzögerungseinrichtung und die Bearbeitungseinrichtung kann einen Tiefpaßfilter zur Änderung der Frequenzmerkmale einschließen.

Die Vorrichtung kann außerdem eine Änderungseinrichtung zur Änderung von mindestens entweder den Verzögerungszeiten der ersten Änderungseinrichtung, den Verzögerungszeiten der zweiten Änderungseinrichtung oder den Verzögerungszeiten, den Frequenzmerkmalen und den Tonniveaus der dritten Änderungseinrichtung aufweisen.

Die Vorrichtung kann außerdem eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von zumindest entweder einer Position, einer Richtung oder einer Bewegung des Hörers aufweisen, wobei die Änderungseinrichtung, die auf die erfaßte Position, Richtung oder Bewegung reagiert, zumindest entweder die Verzögerungszeiten der ersten Änderungseinrichtung, die Verzögerungszeiten der zweiten Änderungseinrichtung oder die Verzögerungszeiten, die Frequenzmerkmale und die Tonniveaus der dritten Änderungseinrichtung ändert.

1 ist ein Übertragungsmerkmal von einem Lautsprecher zu dem linken und dem rechte Ohr eines Hörers, wenn die Tonsignale durch den Lautsprecher wiedergegeben werden;

2 ist ein Blockdiagramm, das ein bekanntes Wiedergabegerät mit Kopfhörer zeigt;

3 ist ein Blockdiagramm, das einen allgemeinen digitalen Filter (Faltungsrechner) vom Typ FIR zeigt;

4 ist ein Blockdiagramm, das eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des Wiedergabegeräts mit Kopfhörer zeigt;

5 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Wiedergabegeräts mit Kopfhörer zeigt;

6 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform des Wiedergabegeräts mit Kopfhörer zeigt; und

die 7A und 7B sind graphische Darstellungen, die den Fall zeigen, in dem der Hörer seinen Kopf um einen Winkel &thgr; in horizontaler Richtung bewegt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.

4 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Wiedergabegeräts mit Kopfhörer. In 4 hat ein Wiedergabegerät 10 mit Kopfhörer einen Richtungsfilter 12 zum Synthetisieren der Übertragungsmerkmale. Der Richtungsfilter 12 bildet die akustischen Komponenten nach, die in den Übertragungsfunktionen von einer virtuellen Tonquelle eingeschlossen ist, die angeblich in einem virtuellen Raum zum linken und zum rechten Ohr des Hörers vorhanden sein soll. Und der Richtungsfilter 12 synthetisiert den Richtungseindruck (die Übertragungsmerkmale) aus Signalen auf dem linken und dem rechten Kanal, die von den Eingangssignalen getrennt sind, die über einen Eingangsanschluß 11 angelegt werden.

Die akustischen Komponenten wie etwa Zeitkomponente, Frequenzkomponente und Tonpegelkomponente werden im folgenden erklärt werden.

Die Zeitkomponente ist eine akustische Komponente der Übertragungsfunktion, die durch eine Differenz der Tonankunftszeit zwischen beiden Ohren des Hörers verursacht wird, d. h. durch einen Distanzunterschied von der Tonquelle zu beiden Ohren des Hörers. Deshalb wird eine geeignete Zeitverzögerung gemäß des Winkels und der Entfernung einer virtuellen Tonquelle relativ zu dem Hörer verwendet. Die verwendete Zeitkomponente wird aus beiden Eingangssignalen synthetiBezug auf beide siert. Mit Ohren des Hörers werden beispielsweise die Übertragungsmerkmale von einer virtuellen Quelle zu dem entfernten Ohr verzögert im Vergleich zu den Übertragungsmerkmalen von der gleichen Tonquelle zu dem nahen Ohr um eine angemessene Zeit.

Die Frequenzkomponente ist eine akustische Komponente der Übertragungsfunktion, die durch die Positionsbeziehung zwischen der Tonquelle, dem Kopf und den Ohren des Hörers verursacht wird. Im allgemeinen gibt es eine solche Tendenz, daß das hohe Frequenzband des Tons mehr abgeschwächt wird bei einem Ohr, das von der Tonquelle entfernt ist, im Vergleich zu dem Ohr, das nahe der Tonquelle ist. Weil der Ton das entfernte Ohr erreicht, nachdem er um den Kopf gelaufen ist. Deshalb werden die Merkmale des Hochfrequenzbands der Übertragungsfunktion gemäß dem Winkel und der Entfernung der virtuellen Tonquelle relativ zu dem Hörer gedämpft. Und die gedämpften Frequenzkomponenten werden aus den anderen Signalen synthetisiert. Mit Bezug auf das linke und das recht Ohr werden beispielsweise die Hochfrequenzmerkmale der Übertragungsfunktion von der virtuellen Quelle zu dem entfernten Ohr im Vergleich zu ihren Hochfrequenzmerkmalen von der gleichen virtuellen Quelle zu einem nahen Ohr mehr gedämpft.

Die Tonpegelkomponente ist eine akustische Komponente der Übertragungsfunktion, die durch eine Differenz des Tonstärkeniveaus verursacht wird, d. h. die durch eine Differenz der Entfernung zwischen der Tonquelle und den Ohren verursacht wird. Deshalb wird das Tonstärkeniveau der Übertragungsmerkmale gemäß dem Winkel und der Entfernung der virtuellen Tonquelle relativ zu dem Hörer erhöht oder verkleinert. Und die angepaßte Tonpegelkomponente wird aus den Eingangssignalen synthetisiert. Mit Bezug auf das linke und das rechte Ohr wird das Tonstärkeniveau der Übertragungsmerkmale von der virtuellen Quelle zu dem entfernten Ohr beispielsweise um einen geeigneten Wert im Vergleich zu dem Tonstärkeniveau der Übertragungsmerkmale von der gleichen virtuellen Quelle zu einem nahen Ohr verringert.

Durch Verwendung der oben erwähnten drei akustischen Komponenten werden die Übertragungsmerkmale von der virtuellen Quelle zu dem linken und dem rechten Ohr aus den Eingangssignalen getrennt auf der linken und der rechten Seite des Kopfhörers synthetisiert. Deshalb umfaßt die Wiedergabegerät 10 mit Kopfhörer auf jeder Seite des Kopfhörers Verzögerungsschaltungen, um die Zeitkomponente der Übertragungsmerkmale nachzubilden, Änderungsschaltungen zur Änderung der Frequenzmerkmale, um die Frequenzkomponente nachzubilden, und Änderungsschaltungen für den Tonpegel, um die Tonpegelkomponente nachzubilden.

Um diese Schaltungen unter Verwendung der digitalen Signalverarbeitungsschaltungen herzustellen, können diese Schaltungen beispielsweise einfach unter Verwendung eines Richtungsfilters 12, der zwei Verzögerungsschaltungen 13R und 13L, zwei Tiefpaßfilter (LPFs) 14R und 14L und zwei Multiplizierer 15R und 15L hat, hergestellt werden. Außerdem kann ein digitaler Filter vom Typ IIR (unbegrenztes Ansprechen auf einen Impuls) aus Hardware mit geringer Größe als Tiefpaßfilter verwendet werden.

In 4 werden Eingangssignale auf einem einzigen Kanal an den Richtungsfilter 12 über den Eingangsanschluß 11 angelegt und dann in Signale auf dem linken Kanal bzw. Signale auf dem rechten Kanal unterteilt. Eine Erklärung, wie die Eingangssignale unterteilt werden, wird hier ausgelassen.

In dem Richtungsfilter 12 sind die Verzögerungsschaltung 13L, der LPF 14L und der Multiplizierer 15L für den linken Kanal in Reihe verbunden. Außerdem sind die Verzögerungsschaltung 13R, der LPF 14R und der Multiplizierer 15R in Reihe für den rechten Kanal verbunden.

Die Signale auf dem linken und auf dem rechten Kanal werden durch die Verzögerungsschaltungen 13L bzw. 13R um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögert. Die Verzögerungsmerkmale der verzögerten Signale werden durch den LPF 14L bzw. 14R auf vorbestimmte Frequenzmerkmale geändert. Außerdem werden die verzögerten und geänderten Kanalsignale durch den Multiplizierer 15L bzw. 15R zu einem vorbestimmten Tonlautstärkeniveau weiter geändert. Sowohl das verzögerte Eingangssignal als auch das Eingangssignal mit veränderter Frequenz und verändertem Tonlautstärkeniveau werden zu einem linken Kanal 16L bzw. einem rechten Kanal 16R eines Kopfhörers übertragen.

In der Schaltungsanordnung ist die Reihenfolge von der in Reihen verbundenen Verzögerungsschaltung 13L, von dem LPF 14L und dem Multiplizierer 15L und auch von 13R, 14R und 15R nicht nur auf die beschränkt, die in 4 gezeigt ist, solange die zwei in Reihe verbundenen Schaltungen in einen rechten und linken Kanal unterteilt sind. Außerdem werden die entsprechenden Signalverarbeitungswerte (Verzögerungszeit, Frequenzmerkmale und Tonlautstärkeniveau) auf Grundlage der Positionsbeziehung zwischen der virtuellen Tonquelle und dem Hörer wie bereits beschrieben bestimmt. Wenn außerdem digitale Filter vom Typ IIR als die LPFs 14L und 14R verwendet werden, und außerdem die Vorwärtsrichtungskoeffizienten der digitalen Filter skaliert sind, ist es möglich, die Tonpegelkomponenten von beiden Kanälen insbesondere ohne Verwendung von irgendwelchen Multiplizierern nachzubilden.

Wie oben beschrieben können die Signale über den Kopfhörer 16 als Töne wiedergegeben werden, die einen Richtungseindruck von der virtuellen Tonquelle (die sich außerhalb des Kopfs des Hörers befindet) am linken und rechten Ohr des Hörers vermitteln.

Wenn die erfindungsgemäße Wiedergabegerät mit Kopfhörer verwendet wird, wird der Hörer als Ergebnis den Eindruck haben, als ob er einen Ton aus einer Richtung einer virtuellen Tonquelle hören könnte, die sich außerhalb des Kopfs befindet. Da sich eine Tonquelle (d. h. eine Tondarstellung) bei einer Position entfernt vom Kopf des Hörers befinden kann oder da eine Tonwiedergabe für einen Pseudolautsprecher erreicht werden kann, kann der Hörer mit anderen Worten den wiedergegebenen Ton für viele Stunden genießen, ohne sehr gelangweilt zu sein.

Außerdem können für die erfindungsgemäße Wiedergabegerät mit Kopfhörer die Übertragungseigenschaften aus den Eingangssignalen durch den Richtungsfilter 12 synthetisiert werden, der die Verzögerungsschaltungen 13L und 13R, die LPFs 14L und 14R und die Multiplizierer 15L und 15R aufweist. Es ist somit möglich, die Übertragungseigenschaften (näher bei tatsächlichen Übertragungsfunktionen) aus Eingangssignalen in Echtzeit zu synthetisieren. Außerdem kann die erfindungsgemäße Wiedergabegerät mit Kopfhörer unter Verwendung einer Hardware mit geringer Größe aus einfach aufgebauten Elementen im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen zur Ausführung der Faltungsrechnungen der Impulsantworten aufgebaut sein.

Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wiedergabegerät mit Kopfhörer wird weiter unten mit Bezugnahme auf 5 beschrieben werden.

Bei der tatsächlichen Wahrnehmung einer Tondarstellung oder einer Tonquelle gibt es Einflüsse des reflektierten Tons und des Nachhalls innerhalb eines Raums, wo die Tonquelle sich befindet, zusätzlich zu dem Einfluß aufgrund eines Unterschieds des Abstands zwischen der Tonquelle und den zwei Ohren eines Hörers. Außerdem ist es auch möglich, die Position einer Tonquelle zu erkennen, indem die Raumgröße empirisch auf Grundlage des Raumtons und der relativen Beziehung zwischen der Raumgröße und dem Raumton bestimmt wird.

Mit anderen Worten übt der reflektierte Ton in einem Raum einen großen Einfluß auf die Erkennung der Tonquelle aus. Für den Fall der Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfs durch einen Kopfhörer übt der reflektierte Ton einen großen Einfluß auf die Erkennung der Tonquelle aus. Wenn deshalb irgendein Richtungseindruck für den reflektierten Ton vermittelt wird, kann die Tonquelle von dem Hörer deshalb einfacher erkannt werden.

Unter der Annahme, daß eine virtuelle Tonquelle in einem Raum vorhanden ist, der Nachhallmerkmale aufweist, gibt eine Wiedergabegerät 20 mit Kopfhörer in der zweiten Ausführungsform deshalb reflektierte Töne wieder, die jeweils den beiden Ohren des Hörers einen Richtungseindruck von jeder virtuellen Raumwand vermitteln. Zusätzlich zu dem direkten Ton, der einen Richtungseindruck von der virtuellen Tonquelle beiden Ohren des Hörers vermittelt.

In 5 werden Eingangssignale auf einem einzigen Kanal, die an einem Eingangsanschluß 21 angelegt sind, in zwei Signale unterteilt. Eines der zwei geteilten Signale wird in einen Richtungsfilter 12(T₀) mit der Verzögerung T₀ eingegeben und dann als der direkte Ton ausgegeben, der sowohl dem linken als auch dem rechten Ohr einen Richtungseindruck auf die gleiche Weise wie im Fall der ersten Ausführungsform vermittelt.

Das andere der zwei geteilten Signale wird in die Verzögerungsschaltung 22 eingegeben und dann als mehrstufige verzögerte Signale (die Verzögerungszeiten sind t₁ bis t_N) ausgegeben. Die mehrstufigen verzögerten Signale werden jeweils an die Richtungsfilter 12(t₁) bis 12(t_N) angelegt und dann als reflektierte Töne ausgegeben, die jeweils sowohl dem linken als auch dem rechten Ohr einen Richtungseindruck vermitteln.

Hierbei entspricht jeder der Richtungsfilter 12(t₀) bis 12(t_N) dem Richtungsfilter 12 aus 4. Außerdem wird jeder der Signalverarbeitungswerte (Verzögerungszeit, Frequenzmerkmale und Tonlautstärkeniveau) dieser Richtungsfilter auf Grundlage von jeder der Richtungen der reflektierten Töne bestimmt. Außerdem werden der direkte Ton und der reflektierte Ton miteinander von den Addierern 24₁ bis 24_N für jeden der linken und rechten Kanäle miteinander addiert und dann zu dem linken Kanal 16L bzw. dem rechten Kanal 16R des Kopfhörers 16 zugeführt.

Folglich ist es möglich, den direkten Ton, der sowohl dem linken als auch dem rechten Ohr einen Richtungseindruck von der virtuellen Tonquelle vermittelt, und die reflektierten Töne wiederzugeben, die von den Raumwänden reflektiert werden. Mit anderen Worten kann eine Tondarstellung außerhalb des Kopfes des Hörers lokalisiert werden (eine Tondarstellung ist nicht im Kopf des Hörers lokalisiert), mit dem Ergebnis, daß der Hörer den Ton hören kann, als ob der Ton von einer Tonquelle erzeugt worden wäre, die sich innerhalb eines Raums befindet, der Nachhallmerkmale aufweist. Da die Richtungsfilter 12(t₀) und 12(t₁) bis 12(t_N) durch ein einfaches Element verwirklicht werden können, das das gleich ist wie der Richtungsfilter 12 aus 4, kann das Gerät außerdem unter Verwendung von Hardware mit geringer Größe aufgebaut werden.

Im Vergleich zu der Wiedergabegerät mit Kopfhörer aus dem Stand der Technik wie sie in der bereits erwähnten Patentanmeldung Nr. 3 (1991)-250899 offenbart ist, weist die Wiedergabegerät mit Kopfhörer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Merkmale auf:

Der Richtungsfilter 12(t₀) synthetisiert die Übertragungsmerkmale zwischen der virtuellen Tonquelle und dem linken und dem rechten Ohr des Hörers aus Signalen auf dem linken bzw. dem rechten Kanal, die durch Teilung der Eingangssignale erhalten wurden.

Andererseits synthetisieren die Richtungsfilter 12(t₁) bis 12(t_N) die entsprechenden Übertragungsmerkmale der reflektierten Töne zu dem linken und dem rechten Ohr des Hörers aus Signalen auf dem linken und dem rechten Kanal, die jeweils durch Unterteilen von jedem der reflektierten Töne erhalten werden, die von der Schaltung 22 ausgegeben werden.

Der Addierer 24₁ addiert die Ausgangssignale auf dem linken und auf dem rechten Kanal des Richtungsfilters 12(t₀) zu den Ausgangssignalen auf dem linken bzw. auf dem rechten Kanal des Richtungsfilters 12(t₁). Als nächstes addiert der Addierer 24₂ die Ausgangssignale auf dem linken und auf dem rechten Kanal des Addierers 24₁ zu den Ausgangssignalen auf dem linken bzw. auf dem rechten Kanal des Richtungsfilters 12(t₂). Diese Addition wird mit dem Richtungsfilter 12(t_N) fortgesetzt. Und die Ausgangssignale auf dem linken und auf dem rechten Kanal des Addierers 24_N werden an den linken Kanal 16L bzw. den rechten Kanal 16R des Kopfhörers 16 angelegt.

Mit anderen Worten kann der Richtungseindruck von einer virtuellen Tonquelle für sowohl das linke als auch das rechte Ohr synthetisiert werden und zusätzlich können unterschiedliche Richtungseindrücke sowohl zu dem linken als auch dem rechten Ohr für jeden der reflektierten Töne reflektiert werden. Im Ergebnis ist es möglich einen klaren Richtungseindruck einer virtuellen Tonquelle zu erhalten und zusätzlich einen realistischen Eindruck der Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfs zu erreichen, als ob der Hörer den Ton innerhalb eines räumlichen Tonfelds wie eines tatsächlichen Raums hören würde.

Für den Fall, daß die Eingangssignale (d. h. die Tonquelle) stereophonische Signale sind, ist die Wiedergabegerät mit Kopfhörer für jeden Kanal der stereophonischen Eingangssignale außerdem jeweils so aufgebaut, daß sie die ähnliche Signalverarbeitung ausführt. In diesem Fall können sowohl der direkte Ton als auch die reflektierten Töne, die jeweils sowohl dem linken als auch dem rechten Ohr des Hörers den Richtungseindruck vermitteln, für jeden Kanal synthetisiert werden, und die synthetisierten Tonsignale werden zu dem Kopfhörer übertragen. Es ist somit möglich, die zwei Tondarstellungen außerhalb des Kopfes des Hörers unter exzellenten Bedingungen für den stereophonischen Eindruck zu lokalisieren.

Im Fall von mehreren (z. B. drei oder mehr) unterschiedlichen Kanälen des Eingangssignals ist es außerdem möglich, die Tondarstellung pro Kanal des Eingangssignals außerhalb des Kopfes des Hörers mit Hilfe des oben erwähnten Wiedergabegeräts mit Kopfhörer zu lokalisieren, das für jeden der Kanäle der Eingangssignale vorgesehen ist.

Außerdem ist es auch möglich, die ursprünglichen (noch nicht verarbeiteten) Signale zu den verarbeiteten Signalen zu addieren und die addierten Signale zu dem Kopfhörer zu übertragen. Für dieses Verfahren ist es möglich, den Eindruck der Tondarstellungslokalisation gemäß der Differenz der Signallautstärkeniveaus zwischen den nicht verarbeiteten Signalen und den verarbeiteten Signalen zu ändern.

Es ist außerdem auch möglich, den Eindruck der Tonbildlokalisation frei zu ändern, indem die entsprechenden Signalverarbeitungswerte geeignet verändert werden. Der Eindruck der Tondarstellungslokalisation impliziert die Position der virtuellen Tonquelle, die Raumart oder Gestalt und Größe eines Raums, wo sich die virtuelle Tonquelle befindet usw.. Und die Signalverarbeitungswerte, die verändert werden sollen, sind die des Richtungsfilters 12t₀ bis 12(t_N) und der Verzögerungsschaltung 22.

Um so mehr die Signalverarbeitungswerte (Verzögerungszeit, Frequenzmerkmale und Tonlautstärkenniveau) geändert werden, desto genauer kann in diesem Fall der Eindruck der Tondarstellungslokalisation geändert werden. Um so weniger andererseits die Anzahl der Signalverarbeitungswerte geändert wird, desto weiter kann der Vorrichtungsaufbau in dem Ausmaß vereinfacht werden. Wenn die Signalverbeitungswerte schrittweise verändert werden, ist es zusätzlich auch möglich, eine Wirkung zu erzielen, als ob die Tondarstellung sich bewegen würde.

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiter unten mit Bezugnahme auf 6 beschrieben werden, in der die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Elemente beibehalten wurden, die ähnliche Funktionen haben, wie es der Fall für das Wiedergabegerät 20 mit Kopfhörer 20 ist, das in 5 gezeigt ist.

Ein Wiedergabegerät 30 mit Kopfhörer weist einen Kopfbewegungsdetektor 31 und eine Steuerung 32 auf. Der Kopfbewegungsdetektor 31 erfaßt die Bewegung des Kopfes des Hörers, an dem sich der Kopfhörer 16 befindet; das heißt die Drehrichtung des Kopfs, der Drehwinkel des Kopfs usw.. Die erfaßten Werte werden zu der Steuerung 32 (z. B. CPU) übertragen. Außerdem kann auch die Bewegung des Kopfes des Hörers von der Steuerung 32 berechnet werden.

Auf Grundlage der Bewegung des Kopfes des Hörers ändert die Steuerung 32 die Signalverarbeitungswerte einer Verzögerungsschaltung 22 und des Richtungsfilters 12(t₀) bis 12(t_N), so daß die Tondarstellung mit der gleichen Bewegungsgeschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung zur Bewegung des Kopfes des Hörers bewegt werden kann.

Der Kopfbewegungsdetektor 31 ist wie folgt ausgestattet: zwei Ultraschallsensoren sind sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Kopfhörers 16 angebracht, und ein Erfassungssignaloszillator ist bei einer vorbestimmten Position entfernt vom Kopf des Hörers angebracht. Der Oszillator überträgt Erfassungspulssignale zu den zwei Ultraschallsensoren mit gesteuerter zeitlicher Abstimmung. Der Oszillator überträgt außerdem ein Signal zur Übertragung eines Erfassungspulssignals zu der Steuerung 32. Auf den Empfang der Erfassungspulssignale hin geben der linke und der rechte Ultraschallsensor Erfassungszeitsignale an die Steuerung 32 weiter. Jedes Erfassungszeitsignal stellt dar, zu welcher Zeit jeder Sensor das Erfassungspulssignal empfängt. Auf den Empfang des Signals zur Übertragung des Erfassungspulssignals von dem Oszillator und der Erfassungszeitsignale von den Sensoren hin erfaßt die Steuerung 32 eine Zeitdifferenz zwischen der Übertragung und dem Empfang des Erfassungspulssignals, um zwei Abstände zwischen dem Oszillator und der linken bzw. der rechten Seite des Kopfhörers oder eine Differenz des Abstands zwischen dem Oszillator und der linken und der rechten Seite des Kopfhörers zu erfassen. Die Steuerung berechnet dann den Kopfdrehwinkel auf Grundlage des erfaßten Abstands oder des Abstandsunterschieds.

Außerdem ist es möglich, die dreidimensionalen Bewegungen und Richtungen des Kopfes des Hörers zu erfassen, indem ein zusätzlicher Sensor bei einer weiteren Position (z. B. oben) des Kopfhörers 16 angebracht wird. Als der Bewegungsdetektor 31 können außerdem Infrarotsensoren, Kreiselsensoren, Gravitätssensoren zur Erfassung der Neigungswinkel relativ zu der vertikalen Richtung usw. verwendet werden.

Die Steuerung 32 verändert die Signalverarbeitungswerte der Verzögerungsschaltung 32 und der Verzögerungsschaltungen, LFPs und Multiplizierer der Richtungsfilter 12(t₀) bis 12(t_N) auf Grundlage des berechneten Kopfdrehwinkels. Genauer verändert die Steuerung die Signalverarbeitungswerte gemäß der Berechnungsformeln und der gesetzten Werte, die gemäß der Drehrichtung und des Drehwinkels berechnet wurden, die beide vorher in einem Speicher der Steuerung 32 gespeichert wurden. Die Tondarstellung kann somit um den gleichen Drehwinkel der Kopfbewegung in die entgegengesetzte Richtung zur Drehbewegung des Kopfs auf Grundlage des berechneten Drehwinkels des Kopfs bewegt werden.

Die 7A und 7B zeigen den Fall, in dem der Kopf des Hörers um einen Winkel &thgr; in horizontaler Richtung bewegt wird. In 7A befindet sich eine virtuelle Tonquelle bei einem Punkt A relativ zu einem Hörer 33, der den Kopfhörer 16 trägt.

Wenn sich der Kopf des Hörers um den Winkel &thgr; in horizontaler Richtung wie in 7B gezeigt bewegt, bewegt sich für den Fall eines bekannten Geräts hierbei der Lokalisationspunkt A der virtuellen Tonquelle im Fall einer bekannten Vorrichtung zu einem Punkt B gemäß der Kopfbewegung.

Im Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 bewegt sich der Lokalisationspunkt A der virtuellen Tonquelle jedoch um einen Winkel &thgr; von dem Punkt B in einer entgegengesetzten Richtung zur Bewegungsrichtung des Kopfes des Hörers (d. h. die linke horizontale Richtung von dem Punkt B). Als Ergebnis ist es möglich, den Lokalisationspunkt A der virtuellen Tonquelle unverändert bei dem Punkt A beizubehalten.

Mit anderen Worten wird die Lokalisationslage der virtuellen Tonquelle außerhalb des Kopfs unverändert beibehalten und dadurch kann der realistische Eindruck der Tondarstellungslokalisation verwirklicht werden, selbst wenn der Hörer 33 seinen Kopf bewegt.

Zusätzlich zur Kopfbewegung des Hörers können außerdem die Position, Richtung und Bewegung des Körpers des Hörers relativ zu der virtuellen Tonquelle unter Verwendung der Positions-, Richtungs- und Bewegungsdetektoren erfaßt werden. Da der Eindruck der Tondarstellungslokalisation in diesem Fall gemäß der Position, Richtung und Bewegung des Hörers verändert werden können, ist es in diesem Fall möglich, einen realistischeren Eindruck der Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfes zu erhalten.

Als die Positions-, Richtungs- und Bewegungsdetektoren werden drei oder mehr Erfassungssignaloszillatoren innerhalb eines Raums angebracht, in dem sich der Hörer befindet. Wenn sich vier oder mehr Oszillatoren bei jeweils unterschiedlichen Ebenen befinden, können außerdem die dreidimensionale Position, Richtung und Bewegung des Hörers erfaßt werden. In diesem Fall sind zwei Empfänger sowohl auf der linken und als auch der rechten Seite des Kopfes (oder des Kopfhörers) des Hörers angebracht. Und die Position, Richtung und Bewegung des Körpers des Hörers relativ zu der virtuellen Tonquelle können von einem Prozessor erfaßt werden.

Der Prozessor berechnet die entsprechenden Empfängerpositionen (d. h. die Position des Hörers) auf Grundlage der Positionen (Koordinaten) der Erfassungssignaloszillatoren, der Zeit, zu welcher jedes Erfassungssignal durch den entsprechenden Erfassungssignaloszillator übertragen wird, und der Zeit, zu welcher jedes Erfassungssignal bei dem entsprechenden Empfänger empfangen wird. Der Prozessor erhält dann Vektoren zwischen den Empfängern, Vektoren, die bezeichnend für die Richtung des Hörers sind, die durch Drehung der Vektoren zwischen den Empfängern um 90° erhalten wurden, Vektoren von dem Hörer (jeder Zwischenpunkt zwischen den entsprechenden Empfängern) zu der virtuellen Tonquelle. Und der Prozessor erhält den Winkel zwischen dem Hörer und der virtuellen Tonquelle auf Grundlage eines inneren Produkts der berechneten Vektoren zwischen den entsprechenden Empfängern oder den Richtungsvektoren und dem Vektor zwischen dem Hörer (jeder Zwischenpunkt zwischen den entsprechenden Empfängern) zu der virtuellen Tonquelle.

Wenn die oben erwähnten Positions-, Richtungs- und Bewegungsdetektoren verwendet werden, können sowohl die Position, Richtung als auch die Bewegung des Hörers relativ zu der virtuellen Tonquelle einfach und genau erfaßt werden. Somit können die Signalverarbeitungswerte der Verzögerungsschaltung 22, die Richtungsfilter 12(t₀) bis 12(t_N) durch die Steuerung 32 gemäß der erfaßten Position, Richtung und Bewegung des Hörers geändert werden. Es ist deshalb möglich, den Eindruck der Tondarstellungslokalisiation gemäß der Position, Richtung und Bewegung des Hörers relativ zu der virtuellen Tonquelle realistischer zu ändern.

Wie oben beschrieben können für das erfindungsgemäße Wiedergabegerät mit Kopfhörer die Übertragungsmerkmale (Richtungseindruck) von der virtuellen Tonquelle sowohl zum linken als auch zum rechten Ohr des Hörers aus den Eingangssignalen synthetisiert werden. Es ist somit möglich, eine Tonwiedergabe für einen Pseudolautsprecher zu erreichen und außerdem die Tondarstellung außerhalb des Kopfes des Hörers zu lokalisieren.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Wiedergabegerät mit Kopfhörer so aufgebaut sein, daß die reflektierten Töne, die aus den Übertragungsmerkmalen (Richtungseindruck) synthetisiert werden, jeweils zu den Eingangssignalen addiert werden. Es ist somit möglich, eine Tonwiedergabe für einen Pseudolautsprecher zu erreichen, als ob der Ton in einen Raum gehören würde, der einen Nachhalleffekt hat, und dadurch das Tonbild außerhalb des Kopfes des Hörers klarer zu lokalisieren.

Wie in 6 gezeigt können die Übertragungsmerkmale erfindungsgemäß außerdem durch Verwendung des Richtungsfilter 12(t₀) (Einrichtung zum Synthetisieren der Übertragungsmerkmale) und der Richtungsfilter 12(t₁) und 12(t_N) (Einrichtungen zum Synthetisieren der Übertragungsmerkmale des reflektierten Tons) synthetisiert werden. Jeder Richtungsfilter weist die Verzögerungsschaltungen 13R und 13L, die LFPs (Änderungseinrichtungen zur Änderung der Frequenzmerkmale) 14R und 14L und die Multiplizierer (Änderungseinrichtungen zur Änderung des Tonniveaus) 15R und 15L wie in 4 gezeigt auf. Die Übertragungsmerkmale können somit realistischer trotz der Hardware mit geringer Größe synthetisiert werden.

Wenn die Signalverarbeitungswerte in der Verzögerungsschaltung 22, den Richtungsfiltern 12(t₀) bis 12(t_N) wie in 6 gezeigt verändert werden, können unterschiedliche Tonfelder trotz des einfachen Aufbaus der Vorrichtung erreicht werden. Zusätzlich ist es auch möglich einen Effekt zu erzielen, als ob sich die Tondarstellung bewegen würde.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung mit Detektoren zur Erfassung der Position, Richtung und Bewegung des Hörers versehen sein, um auf Grundlage der erfaßten Werte die Verarbeitungswerte der Verzögerungsschaltung 22, der Richtungsfilter 12(t₀) bis 12(t_N) wie in 6 gezeigt zu ändern. Da in diesem Fall die Lokalisationsposition der virtuellen Tonquelle außerhalb des Kopfs unverändert beibehalten werden kann, selbst wenn sich der Hörer bewegt, ist es möglich einen realistischeren Eindruck der Tondarstellungslokalisation außerhalb des Kopfes zu verwirklichen.