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    • 专利摘要:
    EineAkustiksignal-Verarbeitungseinheit ist vorgesehen, die Hochgeschwindigkeits-Verarbeitungbei Reduzierung des Rechenaufwandes ermöglicht. Sie schließt einenBandbreiten-Trennabschnitt 11 ein zum Trennen einer Bandbreite einerakustischen ÜbertragungsfunktioneinschließlichInformation überFormen der äußeren Ohrenund des Kopfes eines Hörenden;einen Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 zum Vereinfachender Eigenschaften der durch Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitterhaltenen Hochfrequenzkomponenten und einen Signalsyntheseabschnitt 13zum Synthetisieren von durch Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitterhaltenen Komponenten außer denHochfrequenzkomponenten mit den Hochfrequenzkomponenten, die dieVerarbeitung durch den Hochfrequenzkomponten-Verarbeitungsabschnittdurchlaufen haben.
    公开号:DE102004026801A1
    申请号:DE200410026801
    申请日:2004-06-02
    公开日:2005-01-13
    发明作者:Daisuke Arai
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:G10L13-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Akustiksignal-Verarbeitungseinheit,die ein akustisches Signal unter Verwendung einer akustischen Übertragungsfunktionund ihrer Umkehrfunktion verarbeitet. In dieser Anmeldung bezeichnetder Begriff "akustische Übertragungsfunktion" eine akustische Übertragungsfunktioneinschließlichder Information in bezug auf die Formen der äußeren Ohren und des Kopfes einesHörenden.
    [0002] Konventionellist eine Technik bekannt, welche ein Stereo-Schallfeld erzeugt durch Steuern der Richtungund des Abstandes des Schalls unter Verwendung der akustischen Übertragungsfunktionund ihrer Umkehrfunktion. Die Technik verwendet eine Faltungsoperationzum Berechnen einer Faltung der akustischen Übertragungsfunktion und ihrerUmkehrfunktion mit einem akustischen Signal.
    [0003] Indem Zustand, in welchem ein Lautsprecher vor einem Hörenden angeordnetist unter der Annahme, dass ein dem Lautsprecher bereitgestelltesAkustiksignal S(w) ist, ist die akustische Übertragungsfunktion von demLautsprecher zum linken Ohr des Hörenden GL(w) und die akustische Übertragungsfunktiondes Lautsprechers zum rechten Ohr des Hörenden ist GR(w), wobei w dieFrequenz ist.
    [0004] ZumErzeugen des Stereo-Schallfeldes durch Kopfhörer unter Verwendung der vorangehendenTechnik wird der linke Lautsprecher des Kopfhörers mit einem durch Durchführen einerFaltung der akustischen ÜbertragungsfunktionGL(w) mit dem Akustiksignal S(w) produzierten Faltungssignal versorgt.In ähnlicherweise wird dem rechten Lautsprecher des Kopfhörers ein Faltungssignal bereitgestellt, produziertdurch Durchführeneiner Faltung der akustischen ÜbertragungsfunktionGR(w) mit dem Akustiksignal S(w). Demnach erzeugen die Kopfhörer denselbenSchalldruck wie den, der erzeugt wird, wenn das Akustiksignal S(w)von einem Lautsprecher wiedergegeben wird, wodurch der Hörende in dieLage versetzt wird, ein Gefühlzu haben, als wenn der Schall von der Position des Lautsprechersgehört würde.
    [0005] Wenndie Kopfhörernur mit den Faltungssignalen der akustischen Übertragungsfunktionen GL(w)und GR(w) mit dem Akustiksignal S(w) versorgt werden, werden indiesem Fall die akustischen Übertragungsfunktionenvon den Lautsprechern der Kopfhörerzu den Ohren exzessiv dem Schall überlagert, der von den Kopfhörern wiedergegebenwird. Diese übermäßig überlagertenakustischen Übertragungsfunktionenkönnenausgelöschtwerden durch Durchführender Faltungsoperation der Umkehrfunktion HL(w) der akustischen Übertragungsfunktion vomlinken Lautsprecher des Kopfhörerszum Ohr mit dem Faltungssignal der akustischen Übertragungsfunktion GL(w) mitdem akustischen Signalen S(w), und durch Durchführen der Faltungsoperationder Umkehrfunktion HR(w) der akustischen Übertragungsfunktion vom rechtenLautsprecher der Kopfhörerzum Ohr mit dem Faltungssignal der akustischen Übertragungsfunktion GR(w) mitdem Akustiksignal S(w).
    [0006] DieDigitalsignal-Verarbeitungstechnik, welche heute spürbaren Fortschrittverzeichnet, führtgewöhnlichdie Faltungsoperation unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Digitalsignalprozessors bzw.DSP durch, der geeignet ist für dieProdukt-Summen-Operation. Jedoch schließen die akustischen ÜbertragungsfunktionenInformation überdie Reflektion und Beugung ein, die aus den komplizierten Formender äußeren Ohrenund des Kopfes resultieren und haben komplizierte Eigenschaftenmit vielen Spitzen und Senken in einem Hochfrequenzband (kurze Wellenlänge im akustischenBereich). Die akustische ÜbertragungsfunktionG(w) und ihre Umkehrfunktion H(w) haben den Zusammenhang "G(w)·H(w) =l" als Funktionder Frequenz w, wobei "*" eine Faltungsoperationkennzeichnet. Die Faltung der Umkehrfunktion H(w) betrachtend, hatdie Umkehrfunktion H(w), da die akustische Übertragungsfunktion G(w) komplizierteKennlinieneigenschaften in einem Hochfrequenzband hat, auch komplizierteKennlinieneigenschaften in dem Hochfrequenzband, um die kompliziertenEigenschaften auszulöschen.
    [0007] DieUmkehrfunktion H(w) wird gewöhnlich mathematischaus den durch tatsächlichesMessen erhaltenen Daten der akustischen Übertragungsfunktion G(w) berechnet.Da jedoch die akustische Übertragungsfunktiondie komplizierten Spitzen und Senken im Hochfrequenzband hat, benötigt dieim Zeitbereich repräsentierteUmkehrfunktion eine lange Zeit zum Konvergieren, hierdurch die Daten,die die Umkehrfunktion repräsentieren,dehnend. Demgegenüber,wenn die akustische Übertragungsfunktion keinekomplizierten Spitzen und Senken hat, kann die Umkehrfunktion ineiner kurzen Zeit konvergieren, was zu einer kurzen Datenlänge führt. Ineiner tatsächlichenEinrichtung ist die Datenlängeder Umkehrfunktion beschränkt.Demgemässkann die Umkehrfunktion keinen ausreichenden Auslöscheffekt erzielen,selbst wenn die Faltungsoperation mit der ursprünglichen akustischen Übertragungsfunktion ausgeführt wird.
    [0008] Zudemkann ein geringfügigerVersatz des Lautsprechers oder Mikrofons zu großen Änderungen in den Eigenschaftender akustischen Übertragungsfunktionführen.Beispielsweise kann ein Versatz des Lautsprechers um nur einigeMillimeter große Änderungeninsbesondere in den Eigenschaften im Hochfrequenzband jenseits von8 kHz verursachen. Dies bedeutet, dass ein geringfügiger Versatz einesKopfhörertragenden Subjektes die Eigenschaften im Hochfrequenzband der akustischen Übertragungsfunktionstark ändernkann.
    [0009] Zudemschließtdie akustische Übertragungsfunktionein Band mit einer großenWirkung auf das Richtungsempfinden und den Abstand des Schalls einund ein Band ohne eine solche Wirkung. Allgemein gesprochen, wirdgesagt, dass das Band von etwa 1 kHz bis 10 kHz eine große Wirkungauf die Ortung des Schalls hat, wohingegen das Niederfrequenzbandvon weniger als 1 kHz und das Hochfrequenzband oberhalb von 10 kHzeine geringe Wirkung haben.
    [0010] Dievorangehende Stereo-Akustiktechnik unter Verwendung von Übertragungsfunktionenerfordert eine großeMenge von Berechnungen zur getreuen Wiedergabe des Hochfrequenzbandesder akustischen Übertragungsfunktionenund ihrer Umkehrfunktionen. Zum Reduzieren des Umfangs der Faltungsoperationenist eine Vereinfachungstechnik bekannt wie z.B. ein Glätten derakustischen Übertragungsfunktionenund Akustiksignale überdas gesamte Band (siehe beispielsweise relevanten Literaturhinweis1).
    [0011] Alseine zugehörigeTechnik offenbart der relevante Literaturhinweis 2 eine Bandbreite-Synthesefilterbankund ein Filterverfahren, eine Bandbreiten-Trennfilterbank und einFilterverfahren und eine Codiereinrichtung und Decodiereinrichtung.In der Technik führtein optimierender Abschnitt eine Optimierung der Prototyp-Filterkoeffizientendurch, die in einem Prototyp-Filterkoeffizienten-Aufbewahrungsabschnitt aufbewahrt werdendurch eine Fensterfunktion mit einer Anzapfungslänge. Ein Anzapfungslängenumsetzerleitet ein korrigiertes Prototypen-Filter mit der Anzapfungslänge durchRunden des Filterkoeffizientenabschnittes her, bei welchem beide Endendes einer Optimierung unterzogenen Prototypen-Filters den Wert Nullannehmen. Demnach kann ein hochpräzise Bandbreitentrenn-Verarbeitung/Bandbreiten-Syntheseverarbeitungausgeführt werdenbeim Codieren oder Decodieren des Akustiksignals nach der Bandbreitentrennverarbeitung.
    [0012] RelevanteLiteraturstelle 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 57-204094/1982.
    [0013] RelevanteLiteraturstelle 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 10-285031/1998.
    [0014] Inbezug auf die in der relevanten Literaturstelle 1 offenbarte Technikist diese jedoch, da die Information im Frequenzband von etwa 1kHz – 10kHz, welche fürdie Ortung des Schalls wichtig ist, durch Glätten verloren geht, kaum geeignetfür dieSignalverarbeitung zum Erzeugen des Stereo-Schallfeldes. Zusätzlich verbleibt das Problem,dass der geringfügigeVersatz der Trageposition der Kopfhörer die Hochfrequenzband-Eigenschaftenin hohem Maße ändern kann.Da das Hochfrequenzband oberhalb von 10 kHz außerdem nur sehr wenig zur stereophonenAkustikortung beiträgt,erhöhtdie getreue Wiedergabe des Hochfrequenzbandes der akustischen Übertragungsfunktionnur den Umfang an Berechnungen ohne irgendwelche tatsächlichenVorteile zu bieten.
    [0015] Dievorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehenden Problemeimplementiert. Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung,eine Akustiksignal-Verarbeitungseinheitbereitzustellen, die imstande ist, Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung beiReduzieren des Rechenaufwandes durchzuführen.
    [0016] Gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Akustiksignal-Verarbeitungseinheit vorgesehen,die einen Bandbreitentrennabschnitt umfasst zum Trennen einer Bandbreiteeiner Information überFormen der äußern Ohrenund des Kopfes des Hörendeneinschließendenakustischen Übertragungsfunktion;einen Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt zum Vereinfachen vonEigenschaften wie Kenngrößen vondurch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt erhaltenenHochfrequenzkomponenten; und einen Signalsyntheseabschnitt zum Synthetisierenvon durch die Trennung durch den Bandbreiten-Trennabschnitt erhaltenen Komponenten,abgesehen von den Hochfrequenzkomponenten, mit den Hochfrequenzkomponenten,die eine Verarbeitung durch den Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnittdurchlaufen.
    [0017] Siekann die Datenlängeder Umkehrfunktion der akustischen Übertragungsfunktion durch Vereinfachendes Hochfrequenzbandes der akustischen Übertragungsfunktion reduzieren.Demgemässkann sie den Rechenumfang der Signalverarbeitung reduzieren undhierdurch einen Vorteil bieten, in der Lage zu sein, eine Hochgeschwindigkeits-Verarbeitungzu implementieren.
    [0018] Eszeigt:
    [0019] 1 ein Blockdiagramm einesAufbaus einer Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung;
    [0020] 2 ein Blockdiagramm einesdetaillierten Aufbaus des in 1 gezeigtenBandbreiten-Trennabschnittes;
    [0021] 3 ein Diagramm der Funktiondes in 1 gezeigten Bandbreiten-Trennabschnittes;
    [0022] 4 ein Blockdiagramm eineskonkreten Aufbaus des in 1 gezeigtenBandbreitentrennverarbeitungsabschnittes;
    [0023] 5 ein Blockdiagramm einesdetaillierten Aufbaus des in 1 gezeigtenHochfrequenzkomponente-Verarbeitungsabschnittes;
    [0024] 6 ein Blockdiagramm einesdetaillierten Aufbaus des in 5 gezeigtenHochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnittes;
    [0025] 7A-7B Diagramme zum Erläutern der Bandbreiten-Trennoperation derAusführungsform1 in der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung;
    [0026] 8 ein Diagramm zum Erläutern derOperation des Verwerfens der Hochfrequenzkomponenten der Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung;
    [0027] 9A und 9B Diagramme zum Erläutern der Glättungsfunktionder Hochfrequenzkomponenten der Ausführungsform 1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung;
    [0028] 10A und 10B Diagramme zum Erläutern der Rechenoperation desMittelwertes der Hochfrequenzkomponenten der Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitenin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung;
    [0029] 11 ein Blockdiagramm zumZeigen eines konkreten Aufbaus des Bandbreiten-Trennverarbeitungsabschnitteseiner Ausführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung;
    [0030] 12 ein Blockdiagramm zumZeigen eines detaillierten Aufbaus des Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnittesder Ausführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung; und
    [0031] 13 ein Blockdiagramm zumZeigen eines Aufbaus einer Ausführungsform3 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung.
    [0032] DieAusführungsformenin Übereinstimmung mitder Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegendenZeichnungen beschrieben.
    [0033] 1 ist ein Blockdiagrammzum Zeigen eines Aufbaus einer Ausführungsform 1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung. Die Akustiksignal-Verarbeitungseinheitschließteinen Bandbreiten-Trennabschnitt 11 ein,einen Hochfrequenzkomponente-Verarbeitungsabschnitt 12 undeinen Signalsynthetisierabschnitt 13.
    [0034] DerBandbreiten-Trennabschnitt 11, der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 undder Signalsynthetisierabschnitt 13 werden unter Verwendungvon Hardware konfiguriert, wie z.B. einer Signalverarbeitungs-LSIoder eines DSP zum Verarbeiten von Digitaldaten. In diesem Fallist die Akustiksignal-Verarbeitungseinheit als eine Hardware-Einrichtungkonfiguriert, die das Hochfrequenzband der eingegebenen akustischen Übertragungsfunktionverarbeitet und sie ausgibt. Der Bandbreiten-Trennabschnitt 11,der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 undder Signalsynthetisierabschnitt 13 können als ein Verarbeitungs-Tool unter Verwendungvon Software aufgebaut werden. In diesem Fall besteht die Akustiksignal-Verarbeitungseinheitaus einem Computer, der die Verarbeitungsergebnisse in einer Datenbankspeichert.
    [0035] DerBandbreiten-Trennabschnitt 11 trennt die Bandbreite dereingegebenen akustischen Übertragungsfunktionin Hochfrequenzkomponenten und Komponenten außer den Hochfrequenzkomponentenauf. Der Bandbreiten-Trennabschnitt 11 schließt einenFrequenzabstimmabschnitt 110 ein und einen Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111,wie in 2 gezeigt.
    [0036] DerFrequenzabstimmabschnitt 110 versorgt den Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 miteiner Grenzfrequenz (von nun an "Trennfrequenz" genannt) zum Aufteilender Bandbreite der akustischen Übertragungsfunktion.Der Frequenzabstimmabschnitt 110 kann den Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 miteiner gewünschten Trennfrequenzin Bezug auf die Spezifikation eines Benutzers versorgen. Alternativkann die Trennfrequenz auf eine vorbestimmte Frequenz festgelegt sein.In diesem Fall ist der Frequenzabstimmabschnitt 110 nichterforderlich.
    [0037] DerBandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 teilt die vonaußerhalbzugeführteakustische Übertragungsfunktionauf in die "Hochfrequenzkomponenten" innerhalb einesFrequenzbandes, das höherist als die von dem Frequenzabstimmabschnitt 110 zugeführte Trennfrequenz,und in die "Komponentenaußerden Hochfrequenzkomponenten" ineinem Band, das niedriger ist als die Trennfrequenz, und gibt sieaus. Der Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 führt dieHochfrequenzkomponenten zu dem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 112 unddie Komponenten außer denHochfrequenzkomponenten zu dem Signalsynthetisierabschnitt 13.
    [0038] Insbesondereschließtder Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 113 einHochpassfilter 112 ein und ein Tiefpassfilter 113,wie in 4 gezeigt. DasHochpassfilter 112 und das Tiefpassfilter 113 können jeweilsaus einem FIR-Filteroder IIR-Filter (Finite-Impulse-Response-Filter bzw. Infinite-Impulse-Response-Filter)mit der Grenzfrequenz gleich der von dem Frequenzabstimmabschnitt 110 zugeführten Trennfrequenz.
    [0039] DasHochpassfilter 112 lässtnur die hohen Frequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktiondurch, die von außerhalbals zeitserielle Daten eingegeben wird und gibt sie als zeitserielleDaten der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktionaus. Die zeitseriellen Daten der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktionwerden dem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 zugeführt. Demgegenüber lässt dasTiefpassfilter 113 nur die Komponenten außer denHochfrequenzkomponenten der zeitseriellen Daten der eingegebenen akustischen Übertragungsfunktiondurch und gibt sie als zeitserielle Daten der Nieder- und Mittenbereichskomponentender akustischen Übertragungsfunktion aus.Die zeitseriellen Daten der Nieder- und Mittenbereichskomponenten der akustischen Übertragungsfunktionwerden dem Signalsynthetisierabschnitt 13 zugeführt.
    [0040] DerHochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 vereinfachtdie Eigenschaften der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion,welche durch Aufteilen der akustischen Übertragungsfunktion durch denBandbreiten-Trennabschnitt 11 erhaltenwerden. Der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 schließt einenSignalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 einund einen Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121,wie in 5 gezeigt. DerHochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 schließt einenSignalsperrabschnitt 122 ein, einen Signalglättungsabschnitt 123 undeinen Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124. Der Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 instruiert denHochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 in bezugauf das Signalverarbeitungsverfahren. Den Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 betreibend,kann der Benutzer das Signalverarbeitungsverfahren wahlweise ändern.
    [0041] Ansprechendauf die Anweisung von dem Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 aktiviertder Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 einenaus der Gruppe bestehend aus den Signalsperrabschnitt 122,dem Signalglättungsabschnitt 123 unddem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 zumSchalten des Signalverarbeitungsverfahrens.
    [0042] DerSignalsperrabschnitt 122 sperrt die Ausgabe der Hochfrequenzkomponentender akustischen Übertragungsfunktion,die von dem Bandbreiten-Trennabschnitt 11 zugeführt werden.Wenn der Signalsperrabschnitt 122 aktiviert ist, führt derHochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 demnachdem Signalsynthetisierabschnitt 13 eine Null als Hochfrequenzkomponentenzu.
    [0043] UnterVerwendung eines Verfahrens des gleitenden Mittelwertes glättet beispielsweiseder Signalglättungsabschnitt 123 dieSpitzen und Senken der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion,die von dem Bandbreiten-Trennabschnitt 11 zugeführt wirdund gibt die geglättetenHochfrequenzkomponenten aus. Wenn demnach der Signalglättungsabschnitt 123 aktiviert ist,versorgt der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 denSignalsyntheseabschnitt 13 mit den von dem Signalglättungsabschnitt 123 geglätteten Hochfrequenzkomponenten.
    [0044] DerSignalmittelwert- Berechnungsabschnitt 124 berechnet denMittelwert der Pegel der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion,die eingespeist werden von dem Bandbreiten-Trennabschnitt 11.Wenn demgemässder Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 aktiviertist, wird der aus den Hochfrequenzkomponenten von dem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 berechneteMittelwert dem Signalsyntheseabschnitt 13 zugeführt.
    [0045] DerSignalglättungsabschnitt 123 undder Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 behandeln dieDaten im Frequenzbereich. Um dies zu erreichen, schließt der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 zusätzlich zudem Signalsperrabschnitt 122, dem Signalglättungsabschnitt 123 unddem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 einen schnellebzw. Fast-Fourier-Transformationsabschnitt oder FFT-Abschnitt 125 einund einen inversen Fast-Fourier- Transformationsabschnittoder IFFT-Abschnitt 126, wie in 6 gezeigt.
    [0046] DerFast-Fourier-Transformationsabschnitt 125 führt eineFourier-Transformation der zeitseriellen Daten der Hochfrequenzkomponentender von dem Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 zugeführten akustischen Übertragungsfunktion durch.Die aus der Fourier-Transformation resultierenden Frequenzbereichsdaten,das heißt,die Frequenzdaten der akustischen Übertragungsfunktion, werdendem Signalglättungsabschnitt 123 zugeführt unddem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124. Der Signalglättungsabschnitt 123 undder Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 führen die Glättung unddie Mittelwertberechnung der Frequenzdaten der akustischen Übertragungsfunktion jeweilsaus.
    [0047] Derinverse schnelle Fourier-Transformationsabschnitt 126 wirdmit den die Hochfrequenzkomponenten der durch den Signalglättungsabschnitt 123 geglätteten akustischen Übertragungsfunktion repräsentierendenFrequenzdaten versorgt oder dem von dem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 berechnetenMittelwert der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion.Der inverse schnelle Fourier-Transformationsabschnitt 126 führt dieinverse Fourier-Transformation der Frequenzdaten durch, die vondem Signalglättungsabschnitt 123 zugeführt werdenund gibt die resultierenden Daten als geglättete zeitserielle Daten derHochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion aus. Erführt auchdie inverse Fourier-Transformation der Frequenzdaten durch, die vondem Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 eingegebenwerden und gibt die resultierenden Daten als zeitserielle Datenaus, die den Mittelwert der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktionrepräsentieren.
    [0048] DerSignalsyntheseabschnitt 13 synthetisiert die Komponentenaußerden Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion, welchevon dem Bandbreiten- Trennabschnitt 11 zugeführt werdenund die Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion, die vondem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 zugeführt werden.Insbesondere synthetisiert der Signalsyntheseabschnitt die zeitseriellenDaten bestehend aus den Komponenten außer den Hochfrequenzkomponenten,zugeführtvon dem Bandbreiten-Trennabschnitt 11 mit den zeitseriellenDaten, bestehend aus den Hochfrequenzkomponenten, zugeführt vondem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12.Die die akustische Übertragungsfunktionrepräsentierendenzeitseriellen Daten, die erhalten werden durch die Synthese vondem Signalsyntheseabschnitt 13 werden ausgegeben als "akustische Übertragungsfunktion,die der Hochfrequenzband-Verarbeitungunterzogen worden sind".
    [0049] Alsnächsteswird der Betrieb der Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung mit dem vorangehenden Aufbau beschrieben.
    [0050] Zuerstinstruiert der Frequenzabstimmabschnitt 110 des Bandbreiten-Trennabschnittes 11 denBandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 bezüglich derTrennfrequenz. In diesem Zustand, die akustische Übertragungsfunktionvon außerhalb empfangend,trennt der Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 dieakustische Übertragungsfunktionin die Hochfrequenzkomponenten und die Komponenten außer denHochfrequenzkomponenten bei der Trennfrequenz, wie in 7A gezeigt, und gibt sieaus. Die durch Trennen durch den Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 erhaltenenHochfrequenzkomponenten, wie in 7B gezeigt,werden dem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 112 zugeführt. Andererseitswerden die Komponenten außerden Hochfrequenzkomponenten, die durch die Trennung durch den Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 erhaltenwerden, dem Signalsyntheseabschnitt 13 zugeführt.
    [0051] Wennder Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 denSignalsperrabschnitt 122 aktiviert, gibt der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 Nullaus. Demnach gibt der Signalsyntheseabschnitt 13 die akustische Übertragungsfunktionohne die Hochfrequenzkomponenten, wie in 8 gezeigt, als "akustische Übertragungsfunktion, die derHochfrequenzband-Verarbeitung unterzogen worden ist" aus.
    [0052] Wennder Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 denSignalglättungsabschnitt 123 aktiviert,gibt der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 dieakustische Übertragungsfunktionmit ihren Hochfrequenzkomponenten geglättet, wie in 9A gezeigt, aus. Daher gibt der Signalsyntheseabschnitt 13 dieakustische Übertragungsfunktionaus, deren Hochfrequenzkomponenten nur sanft variieren, wie in 9B gezeigt, als "die akustischen Übertragungsfunktion,die der Hochfrequenzband-Verarbeitung unterzogen worden ist" aus.
    [0053] Wennder Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt 120 denSignalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 aktiviert, gibtder Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 den Mittelwertder Hochfrequenzkomponenten, wie in 10A gezeigt,als akustische Übertragungsfunktionder Hochfrequenzkomponenten aus. Entsprechend gibt der Signalsyntheseabschnitt 13 dieakustische Übertragungsfunktionmit nahezu linearen Hochfrequenzkomponenten aus, wie in 10B gezeigt.
    [0054] Dadie Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitdie Eigenschaften bzw. Kenndaten der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion,wie oben beschrieben vereinfacht, kann sie die Datenlänge der Umkehrfunktionder akustischen Übertragungsfunktionverkürzen.Daher kann sie den Umfang von Berechnungen in der Signalverarbeitungreduzieren. Zudem verarbeitet die Ausführungsform 1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitnur die Hochfrequenzkomponenten, was es ermöglicht, die durch ein Versetzender Trageposition des Kopfhörersbedingten Variationen in den Eigenschaften bzw. Kenngrößen derHochfrequenzbandes zu reduzieren. Demgemäss können die Variationen in denEigenschaften der Hochfrequenzkomponenten, die bedingt sind durchein Versetzen der Trageposition des Kopfhörers, reduziert werden. Dadie vorliegende Ausführungsform1 nur die Hochfrequenzkomponenten mit geringer Wirkung in bezugauf die Schallquellenlokalisierung vereinfacht, kann sie den Einflussdes Stereo-Akustikeffektes verglichen mit dem Verfahren des Verarbeitensder gesamten Bandbreite außerdemreduzieren.
    [0055] DieAusführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit der vorliegenden Erfindung istderart konfiguriert, dass der Bandbreiten-Trennabschnitt 11 dieTrennverarbeitung der Frequenzbereichsdaten vornimmt.
    [0056] DieAusführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit unterscheidet sich vonder Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit im folgenden: als erstesim Aufbau des Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnittes 111 des Bandbreiten-Trennabschnittes 11,zweitens im Aufbau des Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnittes 121 desHochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnittes 12; unddrittens im Aufbau eines Teils des Signalsyntheseabschnittes 13.Dieselben oder ähnlicheTeile wie jene der Ausführungsform1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass die folgendeBeschreibung sich auf die unterschiedlichen Punkte konzentriert.
    [0057] 11 ist ein Blockdiagrammzum Zeigen eines konkreten Aufbaus des Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitts 111 indem Bandbreiten-Trennabschnitt 11 der Ausführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit. Der Bandbreitentrenn-Verarbeitungsabschnitt 111 schließt einenschnellen Fourier-Transformationsabschnittbzw. FFT-Abschnitt 130 ein, einen Hochfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 131 undeinen Nieder- undMittenfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 132.
    [0058] DerFFT-Abschnitt 130 setzt die zeitseriellen Daten der vonaußerhalbeingegebenen akustischen Übertragungsfunktionin Frequenzdaten der akustischen Übertragungsfunktion um durchDurchführen einerFourier-Transformation. Der FFT-Abschnitt 130 führt dieresultierenden Frequenzdaten der akustischen Übertragungsfunktion dem Hochfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 131 zuund dem Nieder- und Mittenfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 132.
    [0059] DerHochfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 131 extrahiert dieHochfrequenzkomponenten aus den Frequenzdaten der von dem FFT-Abschnitt 130 zugeführten akustischen Übertragungsfunktion undführt siedem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 alsHochfrequenzkomponenten der Frequenzdaten der akustischen Übertragungsfunktionzu. Der Nieder- und Mittenfrequenzdaten-Extraktionsabschnitt 132 extrahiertdie Komponenten außerden Hochfrequenzkomponenten von den Frequenzdaten der von dem FFT-Abschnitt 130 zugeführten akustischen Übertragungsfunktionund führtsie dem Signalsyntheseabschnitt 13 als Frequenzdaten derNieder- und Mittenfrequenzbereichskomponenten der akustischen Übertragungsfunktion zu.
    [0060] 12 ist ein Blockdiagrammzum Zeigen eines konkreten Aufbaus des Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnittes 121 indem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 112 der Ausführungsform2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit.
    [0061] DerHochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 schließt einenSignalsperrabschnitt 122 ein, einen Signalglättungsabschnitt 123 undeinen Signalmittelwert-Berechnungsabschnitt 124 undeinen inverse schnelle Fourier-Transformationsabschnitt bzw.IFFT-Abschnitt 126. Der Hochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 unterscheidetsich von dem der Ausführungsform1 dahingehend, dass er keine FFT-Abschnitt zum Umsetzen der zeitseriellenDaten in Frequenzdaten hat. Dies ist, weil der Bandbreiten-Trennabschnitt 11 denHochfrequenzsignal-Verarbeitungsabschnitt 121 mitden Frequenzdaten der Hochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktionversorgt.
    [0062] Obwohlnicht dargestellt, schließtder Signalsyntheseabschnitt 13 einen FFT-Abschnitt einzum Umsetzen der Komponenten außerden Hochfrequenzkomponenten (Nieder- und Mittenbereichskomponenten)der von dem Bandbreiten-Trennabschnitt 11 alsFrequenzdaten zugeführtenakustischen Übertragungsfunktionin zeitserielle Daten. Die aus den Komponenten außer denHochfrequenzkomponenten der akustischen Übertragungsfunktion bestehendenvon dem IFFT-Abschnitt ausgegebenen zeitseriellen Daten werden mitden aus den von dem Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt 12 zugeführten Hochfrequenzkomponentenbestehenden zeitseriellen Daten synthetisiert und das synthetisierteErgebnis wird ausgegeben als die "der Hochfrequenzband-Verarbeitung unterzogeneakustische Übertragungsfunktion".
    [0063] Mitdem vorangehenden Aufbau arbeitet die Ausführungsform 2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheitin Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung auf dieselbe Weise wie die vorangegangene Ausführungsform1. Demgemäß wird dieBeschreibung davon hier weggelassen.
    [0064] Wieoben beschrieben, bietet die Ausführungsform 2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit Vorteile ähnlich jenender Ausführungsform1 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit.
    [0065] DieAusführungsform3 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung erzeugt das Stereo-Schallfeld unter Verwendung von der "der Hochfrequenzband-Verarbeitungunterzogenen akustischen Übertragungsfunktion", die durch die Ausführungsform1 oder 2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit erzeugt wird.
    [0066] DieAusführungsform3 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegendenErfindung, wie in 13 gezeigt,ist durch Hinzufügeneines Speichers 140 und eines Signalverarbeitungsabschnitts 141 zuden Ausführungsformen1 oder 2 (nicht in 13 gezeigt)aufgebaut.
    [0067] DerSpeicher 140 schließteinen ersten Bereich 140a und einen zweiten Bereich 140b ein.Der erste Bereich 140a speichert die der Hochfrequenzband-Verarbeitungunterzogenen akustischen Übertragungsfunktionen,welche durch die Ausführungsformen1 oder 2 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit erzeugtworden sind, als eine Datenbank. Der zweite Bereich 140b speichertandererseits die durch den nicht dargestellten Verarbeitungsabschnittberechneten Umkehrfunktionen der akustischen Übertragungsfunktionen als eineDatenbank.
    [0068] DerSignalverarbeitungsabschnitt 141 führt die Faltungsoperation dervom ersten Bereich 140a des Speichers 140 gelesenenakustischen Übertragungsfunktionenund der vom zweiten Bereich 140b gelesenen Umkehrfunktionenmit dem von außen eingegebenenEingangssignal (Akustiksignal) durch und gibt die Operationsergebnisseals Ausgangssignal aus. Das Ausgangssignal wird den Kopfhörern zugeführt, hierdurchdas Stereo-Schallfeld implementierend.
    [0069] DieAusführungsform3 der Akustiksignal-Verarbeitungseinheit erhält als Eingangssignal die akustischen Übertragungsfunktionenund Umkehrfunktionen, die der Hochfrequenzband-Verarbeitung unterzogenworden sind. Demgemässkann die vorliegende Ausführungsform3 den Umfang an Berechnungen und die Hardware-Menge verglichen mit denKonfigurationen, die die akustischen Übertragungsfunktionen behandeln,welche keiner Hochfrequenzband-Verarbeitung unterzogen worden sind, reduzieren.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit, umfassend: einenBandbreiten-Trennabschnitt (11) zum Trennen einer Bandbreiteeiner Information überFormen der äußeren Ohrenund des Kopfes eines Hörendeneinschließendenakustischen Übertragungsfunktion; einenHochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt (12) zumVereinfachen von Eigenschaften der durch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt(11) erhaltenen Hochfrequenzkomponenten; und einenSignalsyntheseabschnitt (13) zum Synthetisieren von durchdas Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt (11) erhaltenenKomponenten außerden Hochfrequenzkomponenten mit den die Verarbeitung durch den Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt(12) durchlaufen habenden Hochfrequenzkomponenten.
    [2] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach Anspruch1, wobei der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt (12)eingerichtet ist um durch Sperren der durch das Trennen durch denBandbreiten-Trennabschnitt (11) erhaltenen HochfrequenzkomponentenNull auszugeben.
    [3] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach Anspruch1, wobei der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt (12)eingerichtet ist um die durch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt (11)erhaltenen Hochfrequenzkomponenten zu glätten, und die geglätteten Hochfrequenzkomponenten auszugeben.
    [4] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach Anspruch1, wobei der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt (12) eingerichtetist um einen Mittelwert der durch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt(11) erhaltenen Hochfrequenzkomponenten zu berechnen undden Mittelwert auszugeben.
    [5] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach Anspruch1, wobei der Hochfrequenzkomponenten-Verarbeitungsabschnitt (12)umfasst einen Signalsperrabschnitt (122) zum Eliminierender durch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt (11)erhaltenen Hochfrequenzkomponenten; einen Glättungs-Verarbeitungsabschnitt(123) zum Glättender durch das Trennen durch den Bandbreiten-Trennabschnitt (11)erhaltenen Hochfrequenzkomponenten; einen Mittelwert-Berechnungsabschnitt(124) zum Berechnen eines Mittelwertes von durch das Trennen durchden Bandbreiten-Trennabschnitt (11) erhaltenen Hochfrequenzkomponenten;und einen Signalverarbeitungsverfahrens-Umschaltabschnitt (120)zum Auswähleneines aus der Gruppe bestehend aus dem Ausgabe-Sperrabschnitt (122), demGlättungs-Verarbeitungsabschnitt(123) und dem Mittelwert-Berechnungsabschnitt (124)zum Durchführender Signalverarbeitung.
    [6] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach einem derAnsprüche1 bis 5, wobei der Bandbreiten-Trennabschnitt (11) fernereinen Frequenzabstimmabschnitt (110) umfasst zum Abstimmeneiner zum Trennen der Bandbreite der akustischen Übertragungsfunktionverwendeten Frequenz.
    [7] Akustiksignal-Verarbeitungseinheit nach einem derAnsprüche1 bis 6, außerdemeinen Speicher (140; 140a, 140b) umfassendzum Speichern der von dem Signalsyntheseabschnitt (13)ausgegebenen akustischen Übertragungsfunktionund ihrer Umkehrfunktion, wobei die Akustiksignal-Verarbeitungseinheiteingerichtet ist zum Erzeugen eines Signals zum Kreieren eines Stereo-Schallfeldes durchDurchführeneiner Faltungsoperation der akustischen Übertragungsfunktion und ihrerUmkehrfunktion, die in dem Speicher (140; 140a, 140b)gespeichert sind, mit dem von außen eingegebenen Akustiksignal.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040264718A1|2004-12-30|
    JP2004361573A|2004-12-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-13| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-05-27| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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