DK157645B

DK157645B - System til automatisk udligning ved diskret fourier-transformation (dft) eller hurtig fourier-transformation (eft).

Info

Publication number: DK157645B
Application number: DK079484A
Authority: DK
Inventors: Franciscus Johannes Op De Beek; Jacob Maria Van Nieuwland
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1983-02-23
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1990-01-29
Also published as: CA1210095A; EP0119645B1; KR840008072A; SG50290G; AU565544B2; EP0119645A1; AU2473684A; NL8300671A; JPH0787633B2; KR910002199B1; DK79484D0; US4628530A; JPS59158700A; DK79484A; DE3471226D1

Description

DK 157645 B

Opfindelsen angår et anlæg til konvertering af et elektrisk signal til et akustisk signal, hvilket anlæg omfatter: - en indgangsterminal til modtagelse af et elektrisk 5 signal, - en elektro-akustisk transducerenhed til konvertering af et elektrisk signal til et akustisk signal, - en udligningsenhed (equalizer) med en første samt en anden indgang og en udgang til korrigering af frekvens- 10 karakteristikken for et elektrisk signal, der tilføres dens første indgang under styring af et styresignal, som tilføres dens anden indgang, og til afgivelse af det korrigerede elektriske signal ved dens udgang, - en forstærker, der driver den elektro-akustiske trans- 15 ducerenhed, - en føler til optagelse af et akustisk signal og til frembringelse af et elektrisk signal, der er et mål for det akustiske signal, og - en frekvensanalyserende enhed med en første indgang 20 koblet til et punkt på signalvejen mellem indgangster minalen og den første indgang på udligningsenheden, med en anden indgang koblet til optagelsesmidlet, og en udgang til afgivelse med styresignalet, hvilken udgang er koblet til den anden indgang på udligningsen- 25 heden.

Opfindelsen angår også en frekvensanalyserende enhed til brug i forbindelse med anlægget ifølge opfindelsen. Et anlæg af den i indledningen nævnte type er angivet i GB-patentskrift nr. 2.068.678A. Det kendte anlæg 30 tilsigter automatisk korrektion (udligning) af det akustiske signal, som udstråles fra transducerenheden i et lukket rum (f.eks. et opholdsrum eller en bilkabine), men opfindelsen er dog ikke begrænset til et anlæg til brug i sådanne rum. Som følge af den ikke-flade fre-35 kvenskarakteristik for nogle af anlæggets komponenter og den akustiske kvalitet for rummet, hvori det akusti-

DK 157645B

2 ske signal udstråles^ vil et elektrisk signal, der har en flad frekvenskarakteristik, og som tilføres anlæggets indgangsterminal (f.eks. et støjsignal), blive gengivet forvrænget. Som følge heraf vil føleren (f.eks. en mikro-5 fon) anbragt i dette rum optage et akustisk signal, hvis frekvenskarakteristik ikke længere er flad. Til kompensation af denne ikke-flade frekvenskarakteristik er der anbragt en udligningsenhed i kredsløbet mellem indgangsterminalen og transducerenheden. Udligningsenheden er ind-10 stillet på en frekvenskarakteristik, der er det omvendte af frekvenskarakteristikken for det akustiske signal, der optages af føleren. Indstillingen af udligningsenheden bestemmes af et styresignal, der fås fra en frekvensanalyserende enhed. Denne frekvensanalyserende enhed om-15 fatter to filterkæder med tredjedelsoktav- eller oktavfiltre. Det signal, der tilføres den første indgang, deles af en af filterkæderne op i et antal frekvensbånd med en bredde på en tredjedel oktav eller en oktav. Det signal, der tilføres den anden indgang, deles af den an-20 den filterkæde også op i et lignende antal frekvensbånd med en bredde på en tredjedel oktav eller en oktav. For begge signaler bestemmes frekvenseffektindholdet for hver tredjedel oktav eller oktav. Ved sammenligning af frekvenseffektindholdet for modsvarende tredjedel oktaver 25 eller oktaver i begge signaler udledes et korrektionssignal for hver tredjedel oktav eller oktav. Tilsammen danner alle disse korrektionssignaler det styresignal ved hjælp af hvilket udligningsenheden styres.

Det kendte anlæg har imidlertid visse ulemper. For 30 det første giver det ikke altid tilfredsstillende udligning, og for det andet giver det et udgangssignal, som kan være stærkt forvrænget. Dette er meget uhensigtsmæssigt.

Den foreliggende opfindelse tilsigter at tilveje-35 bringe et anlæg, der giver en mere nøjagtig og bedre udligning, og som giver et udgangssignal med en væsentlig mindre forvrængningskomposant. Ifølge opfindelsen er an- 3

DK 157645 B

lægget ejendommeligt ved, at den frekvensanalyserende enhed er indrettet til at underkaste de forud digitaliserede indgangssignaler x(t) og y(t), der tilføres dens første og anden indgang, en Fourier-transformation (f.

5 eks. en diskret Fourier-transformation, DFT, eller en hurtig Fourier-transformation, FFT), at tilvejebringe

Fourier-transformerede versioner F (f) henholdsvis F (f) x y af nævnte signaler, at beregne en overføringsfunktion ud fra de nævnte to versioner, og at bestemme styresignalet 10 ved brugen af information i denne overføringsfunktion, og ved at dens frekvensanalyserende enhed er indrettet til under bestemmelsen af styresignalet, at se bort fra den information, for hvilken der er frekvenser, hvor den kalkulerede overføringsfunktion er upålidelig.

15 Overføringsfunktionen er enten en kompleks funktion af frekvensen og betegnes da H (f) eller en reel funktion xy af frekvensen, og som betegnes [H (f)[ og derfor i vir- xy keligheden svarer til den absolutte værdi af den komplekse overføringsfunktion H (f) . Opfindelsen er baseret på xy 20 følgende kendsgerninger. Delingen i det kendte anlæg af det hørlige frekvensområde fra f.eks. 20 Hz til 20 kHz, når de to signaler analyseres ved hjælp af tredjedels-oktav- eller oktavfiltre, er ikke tilstrækkelig nøjagtig, især ikke ved højere frekvenser set langs en lineær fre-25 kvensskala. Bredden af tredjedelsoktav-og oktavfiltrene forøges, efterhånden som filtrenes midterfrekvens øges.

Særlig ved højere frekvenser fører dette til en utilstrækkelig nøjagtig udligning. Ved brugen af Fourier-transformationsteknikken i den frekvensanalyserende enhed 30 ifølge opfindelsen er målinger i meget snævrere bånd mulige. Hvis et akustisk signal fra 20 Hz til 20 kHz skal analyseres, må det samples med en frekvens på mindst 40 kHz. Når det antages, at der tages 1024 sampler pr.måling (ved den hurtige Fourier-transformation benyttes altid 35 2n sampler, dvs. 512, eller 1024 eller 2048 osv. sampler, 4

DK 157645 B

i det følgende antages antallet af sampler eksempelvis at være 1024)., betyder det, at der fås 512 (komplekse) sampler i frekvensområdet fra 0-20 kHz, at der opnås en 3 20 · 10 5 båndbredde på 512 ~ 40 Hz °ver hele frekvensområdet, dvs. også for de høje frekvenser. Såfremt udligningsenhe*- den er en digitalt virkende udligningsenhed, kan frekvenskarakteristikken fra 20 Hz til 20 kHz indrettes i to meget smalle bånd, dvs. for hver 40 Hz i det foreliggende tilfælde. Hvis udligningsenheden er en normal analog filtérkæde med f.eks. tredjedelsoktavfiltre, eller hvis udligningsenheden omfatter flere parametriske filtre, må overføringsfunktionens smalbåndede information i den 15 frekvensanalyserende enhed konverteres til et styresignal for hvert filter i udligningsenheden. I alle de førnævnte tilfælde kan der ses bort fra noget af den information, der er indeholdt i overføringsfunktionen, hvilket vil fremgå af det følgende. Som følge heraf vil end-20 og en udligningsenhed med tredjedelsoktav-, oktav- eller parametriske filtre give en bedre udligning.

Yderligere tager det kendte anlæg ikke højde for muligheden for, at transducerenheden eller føleren kan være anbragt ved eller nær ved en knudelinie eller et 25 knudepunkt for en eller flere af rummets akustiske egenfrekvenser. Akustiske egenfrekvenser er (akustiske) naturlige' resonanser (stående bølger), der kan opstå i et rum, se f.eks. "Eigenmodes in non-rectangular reverberation rooms" af J.M.Nieuwland and G.Weber, afhandling G2 30 forelagt på den 9.Internationale Kongres for Akustik (I.C.A.) i Madrid 4.-9. juli 1977. Knudelinierne eller knudepunkterne er de steder i rummet, hvor det akustiske felt (egenfrekvensen) har et lydtryk lig med nul.

Hvis transducerenheden ikke er anbragt på eller 35 nær ved en knudelinie eller et knudepunkt, og føleren er anbragt på eller nær ved nævnte linie eller knude, frem-

DK 157645 B

5 bringes en sådan egenfrekvens af transducerenhedens udgangssignal, men denne egenfrekvens vil ikke (i alt væsentligt) blive optaget af føleren. Hvis transducerenheden imidlertid er anbragt på eller nær ved en knudelinie 5 eller et knudepunkt, frembringes egenfrekvensen ikke, og kan derfor ikke optages uanset følerens beliggenhed. Følgelig vil overføringsfunktionen have en meget lav værdi for resonansfrekvensen svarende til denne egenfrekvens.

Som følge heraf tilfører den frekvensanalyserende 10 anhed et styresignal til udligningsenheden, der sikrer, at tredjedelsoktavfilteret svarende til denne resonansfrekvens yderligere forstærker det elektriske signal i dette frekvensbånd. Det i tredjedelsoktavfilteret af udligningsenheden forstærkede elektriske signal konverte-15 res da til et akustisk signal, som er forstærket i det pågældende frekvensbånd. Hvis den frekvensanalyserende enhed er indrettet således, at udligningen skal finde sted i ét trin, vil den øjeblikkelige indstilling af udligningsenheden blive ukorrekt, hvilket naturligvis er 20 uønsket.

Hvis anlægget virker ifølge en iterativ udlignings-metode, vil føleren igen ikke eller næppe optage det forstærkede signal i det pågældende frekvensbånd i et næste udligningstrin, således at den frekvensanalyserende enhed 25 igen fører et styresignal til udligningsenheden, der forøger det elektriske signal ved yderligere forstærkning i nævnte tredjedelsoktavfilter. Dette medfører en trinvis forøgelse af forstærkningen. På et vist tidspunkt bliver forstærkningen i det pågældende tredjedelsoktavfilter så 30 stor, at signalerne i dette frekvensområde bliver forvrænget, når de begrænses af effektforsyningen, eller når transducerenheden bliver overbelastet. Dette medfører en stor forvrængning af transducerenhedens udgangssignal, hvilket også er klart uønsket. Et andet problem, som kan 35 opstå, er, at føleren kan være anbragt på et sted i rummet, hvor der kan forekomme ødelæggende interferens mel-

DK 157645 B

6 lem et antal af rummets akustiske egenfrekvenser. Dette medfører også, at føleren næppe eller slet ikke optager et signal i et bestemt frekvensbånd, således at overføringsfunktionen i dette bånd får en meget lille værdi.

5 Dette fører igen til en ukorrekt indstilling af udligningsenheden eller til stor forvrængning af det akustiske signal, således som omtalt foran.

For at mindske muligheden for ukorrekt indstilling af ud-l-ig-ningsenheden er analyseenheden også indrettet til 10 at se bort fra information i overføringsfunktionen i de frekvensbånd hvor denne funktion er upålidelig, fordi informationen i disse frekvensbånd ikke bidrager til yderligere* udligning af frekvenskarakteristikken, men snarere fører til forvrængning eller til ukorrekt udligning.

15 Det skal her bemærkes, at der fra US patentskrift nr. 4.306.113 kendes en frekvensanalyseenhed, der med Fouriér-trarisformation behandler to ankommende digitale signaler for at frembringe et udgående styresignal til en udligningsenhed. Indstillingen af udligningsenheden 20 foretages i et behandlingscenter, hvor der benyttes testresultater fra det lokale, hvori er opstillet det audio-anlæg for hvilket der ønskes foretaget udligning. Denne frekvensanalyseenhed er dog ikke indrettet til at se bort fra upålidelig information i overføringsfunktionen, når 25 styresignalet skal frembringes.

Fra NHK laboratories Note nr. 277, aug. 1982, pp 2-16, K. Azuwa m.fl.: "Perceptual effects of amplitude and phase-characteristics of loudspeakers", kender man en frekvensanalyseenhed der benytter en Fourier-transforma-30 tion til at behandle to ankommende digitale signaler for at afgive et styresignal til en udligningsenhed. Formålet med denne laboratorieopstilling var at bestemme i hvilket omfang amplitude- og faseresponsen af en højttaler påvirker lydgengivelsen. Heller ikke i dette tilfæl-35 de er frekvensanalvseenheden indrettet til at se bort fra upålidelig information i overføringsfunktionen.

7

DK 157645 B

En måde at se bort fra upålidelig information i overføringsfunktionen er at udnytte den kendsgerning, at overføringsfunktionen i de førnævnte tilfælde har en meget lille værdi i de pågældende frekvensbånd. Dette op-5 nås på følgende måde. Først bestemmes middelværdien for overføringsfunktionen. Hvis værdien af overføringsfunktionen for en bestemt frekvens f. er mindre end - gange denne middelværdi, hvor x er et tal, der f.eks. er 20 eller større, så ses der bort fra denne værdi af overfø-10 ringsfunktionen svarende til denne frekvens. Dette betyder, at når der anvendes en digital udligningsenhed, eller når der benyttes en analog filterkæde med f.eks. tredjedelsoktavfiltre, så anvendes værdien af overføringsfunktionen ved den pågældende frekvens f^ ikke til 15 frembringelse af et styresignal til det pågældende filter, som svarer til denne frekvens f^.

Resultatet er, at der både opnås en bedre udligning, og sandsynligheden for at der forekommer forvrængning i udgangssignalet formindskes.

20 En foretrukken udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at den frekvensanalyserende enhed også er indrettet til at beregne en koherens-2 funktion γ (f) mellem de to signaler. Koherensfunktio-2 nen γ (f) repræsenterer graden af koherens (eller gra-xy 25 den af overensstemmelse) mellem de to signaler x(t) og y(t), der tilføres de to indgange på den frekvensanalyserende enhed, Koherensfunktionen har en værdi mellem nul og én. Hvis koherensen mellem de to signaler i et bestemt frekvensbånd er stor, vil koherensfunktionen have en høj 30 værdi i dette frekvensbånd. Hvis koherensen er ringe, vil koherensfunktionen i det pågældende frekvensbånd have en 35 ^ ^

DK 157645 B

8 lille værdi. Hvis koherensfunktionen i et bestemt frekvensbånd er lav henholdsvis høj, så betyder det, at pålideligheden af den beregnede overføringsfunktion er ringe henholdsvis tilfredsstillende i nævnte frekvensbånd.

5 Nogle årsager til en ringe koherens mellem de to signaler x(t) og y(t) og følgelig overføringsfunktionens upålidelighed er allerede nævnt, nemlig hvis transducerenheden eller føleren er anbragt på eller nær ved en knudelinie eller et knudepunkt for en egenfrekvens for rum-10 met, eller hvis føleren er anbragt på et sted i rummet, hvor der forekommer ødelæggende interferens mellem flere egenfrekvenser. De pågældende frekvensbånd giver en overføringsfunktion, som har en meget lille værdi i disse bånd.

15 En anden årsag kan være, at målingen af overfø- ringsfuriktibnen forstyrres af baggrundsstøj eller andre forstyrrende lyde, f.eks. en vedvarende tone frembragt af en uafhængig lydkilde. I de frekvensbånd, hvor disse forstyrrende lyde forekommer, vil overføringsfunktionen der-20 for være upålidelig. I almindelighed vil værdien af overføringsfunktionen i disse bånd ikke være meget lille, hvorfor metoden som ovenfor anført med at se bort fra bånd med ..upå.lidelig information ikke kan benyttes i det foreliggende tilfælde.

25 Med henblik på at se bort fra alle upålidelige dele af overføringsfunktionen uden hensyn til årsagerne til disse deles upålidelighed, kan der gøres brug af kohe-2 rensfunktionen γ (f).

I denne henseende er den frekvensanalyserende enhed 30 ved bestemmelsen af styresignalet indrettet til at se bort fra de værdier af overføringsfunktionen for de fre- 2 kvenser f., hvor koherensfunktionen γ (f) er mindre end en bestemt værdi, f.eks. 0,8. I princippet er værdien 0,8 temmelig vilkårlig. Ved f.eks. en højere værdi er pålide-35 ligheden af den ikke-ignorerede del af overføringsfunktionen højere. Det betyder, at hvis ignoreringen sker for værdier af koherensfunktionen mindre end 0,7 eller 0,6,

DK 157645 B

9 vil resten af overføringsfunktionen være mindre pålidelig, således at der er tilbøjelighed til, at der forekommer en mindre effektiv udligning.

Desuden kan koherensfunktionen benyttes som test-5 kriterium for det antal gange, der skal tages gennemsnit, når overføringsfunktionen bestemmes. Det har vist sig, at koherensfunktionen svarende til en overføringsfunktion bestemt ud fra et lille antal målinger (dvs. et lille antal gange 1024 sampler af de to signaler x(t) og y(t), 10 hvilket antal skal være større end eller lig med to) har en lille værdi over hele frekvensområdet. Følgelig er overføringsfunktionen meget upålidelig. Hvis der nu udføres P målinger til bestemmes af P overføringsfunktioner, hvoraf der herefter bestemmes en gennemsnitlig overfø-15 ringsfunktion, er det klart, at for større værdier af P vil den gennemsnitlige overføringsfunktion blive mere på^-lidelighed. 1 middel vil koherensfunktionen svarende til denne overføringsfunktion øges for voksende værdier af P.

På et givet tidspunkt vil en yderligere forøgelse af P 20 ikke føre til en (gennemsnitlig) forøgelse af koherensfunktionen. Det betyder, at en yderligere forøgelse af antallet af gennemsnit over en bestemt værdi P* ikke læn*~ gere giver en forøgelse af overføringsfunktionens pålidelighed, se "Obtaining good results from an experimental 25 modal survey" af E.L.Peterson og A,L.Klosterman, en teknisk afhandling forelagt på symposiet for The Society of Environmental Engineers i London, England, i 1977. Det er derfor muligt ud fra koherensfunktionen at bestemme det minimale antal gange P*, hvor der skal dannes gennem-30 snit til opnåelse af den mest muligt pålidelige overføringsfunktion ,

Herudover giver brugen af koherensfunktionen mulighed for udligning under normal anvendelse af anlægget.

Det signal, som tilføres anlægget (f.eks. et musikstykke) 35 tjener da som det indgangssignal, der tilføres den første indgang på den frekvensanalyserende enhed, og det (musik)signal, der optages af føleren, tjener da som et

DK 157645 B

10 indgangssignal, der tilføres den anden indgang på den frekvensanalyserende enhed. Såfremt musikpassagen ikke har noget effektindhold i et bestemt frekvensbånd, vil overføringsfunktion i dette frekvensbånd naturligvis væ-5 re meget upålidelig, og bør derfor ikke benyttes til udligning i dette frekvensbånd. Her kan koherensfunktionen atter udnyttes. Koherensfunktionen i dette frekvensbånd vil vise sig at have en meget lav værdi, således at informationen, der er indeholdt i overføringsfunktionen i 10 nævnte frekvensbånd, automatisk negligeres ved bestemmelsen af styresignalet til udligningsenheden.

Det skal bemærkes, at teorien for og den praktiske anvendelse af den hurtige Fourier-transformationsteknik i og for sig er kendt, se f.eks. a) "Application of B&K 15 Equipment to Frequency Analysis" af R.B.Randall, en publikation fra Bruel og Kjær fra september 1977, specielt kapitlerne 2, 5 og 6, b) "Random data: Analysis and Measurement Procedures" af J.S.Bendat og A.G.Piersolj Wiley-Interscience 1971, specielt kapitlerne 5 og 6, og 20 c) "Effective Measurements for Structural Dynamics Testing.",. .Part 1.af K.A.Ramsey, Sound and Vibration, November 1975, siderne 24-35.

Desuden har automatisk udligning under anvendelse af det diskrete frekvensområde også været benyttet ved 25 datatransmission over telefonlinier, se IEEE Transactions on Information* Theory, Vol. IT-19, No.l, Jan. 1973, siderne 59-68. Brugen af den (hurtige) Fourier-transformationsteknik i et frekvensanalyserende anlæg ifølge opfindelsen og de fordele og muligheder, der herved kan opnås 30 for den (automatiske) udligning i et rum, er imidlertid endnu ikke kendt.

Et anlæg ifølge opfindelsen er yderligere ejendommeligt ved, at frekvensenheden er indrettet således, at den før anvendelsen af Fourier-transformationen forsin-35 ker det signal, der tilføres dens første indgang, i forhold til det signal, der tilføres dens anden indgang, med et tidsinterval, som i det mindste svarer til udbre-

DK 157645 B

11 delsesforsinkelsen for det akustiske udgangssignal fra transducerenheden til føleren ad den optimale vej. Det pågældende tidsinterval kan bestemmes ud fra enten en målt impulsrespons h(t) for rummet, hvori anlægget ud-5 stråler sit akustiske signal, eller ud fra en krydskorrelationsfunktion R (τ) for de to signaler x(t) og y(t).

xy Såfremt impulsresponsen anvendes, må der tilføres et impulsformet testsignal til transducerenheden, før anlægget benyttes normalt. Føleren kan da optage rummets 10 respons - dvs. impulsresponsen h(x) - for dette testsignal. Det nævnte tidsinterval kan tages som den tid, der forløber mellem det øjeblik, hvor testsignalet tilføres transducerenheden,og det øjeblik, hvor føleren optager et signal for første gang, eller den tid, der forløber 15 ellem det øjeblik, hvor testsignalet tilføres transducerenheden, og det øjeblik, hvor der forekommer et absolut maksimum for impulsresponsen. Ofte, men ikke altid, vil disse to tidsintervaller være ens.

Bestemmelsen af det pågældende tidsinterval ved 20 krydskorrelation frembyder den fordel, at dette kan foregå under normal brug af anlægget. Ud fra signalerne x(t) og y(t), som da bruges (f.eks. normale musiksignaler, der gengives af anlægget) kan krydskorrelationsfunktionen udledes ved hjælp af Fourier-teknik. Det pågældende tids-25 interval opnås nu ved at tage den værdi τ, for hvilken den absolutte værdi af krydskorrelationsfunktionen har et maksimum (nemlig det højeste maksimum). Længden af tidsintervallet, som er opnået ved de forskellige metoder, svarer nu til udbredelsesforsinkelsen for de akusti-30 ske bølger mellem transducerenheden og føleren. Hvis transducerenheden og føleren i alt væsentligt vender mod hinanden, svarer denne optimale vej til den korteste vej (afstand) mellem dem. Når de ikke er rettet direkte mod hinanden, kan den optimale vej fra transducerenheden til 35 føleren gå via en (refleksion fra en) væg i rummet.

Såfremt det første signal nu forsinkes med nævnte tidsinterval τ, kan der opnås en bedre overensstemmelse

DK 157645 B

12 mellem de to signaler x(t) og y(t). Som følge heraf vil koherensfunktionen blive bedre (koherensfunktionen er da større end f.eks. 0,8 i større frekvensområder), og den beregnede overføringsfunktion vil også blive bedre. Føl-5 gelig vil udligningen også blive bedre.

Den frekvensanalyserende enhed vil fortrinsvis også være indrettet til at begrænse længden af de to signaler ved hjælp af et tidsvindue efter, at det signal, der-er-tilført dens første indgang, er forsinket, og før 10 Fourier-transformationen udføres, idet længden af tidsvinduet stort set svarer til det tidsinterval, inden for hvilket føleren optager det direkte akustiske udgangssignal fra transducerenheden og flere tidlige refleksioner af det akustiske signal fra transducerenheden. Dette er 15 baseret på den kendsgerning, at lydindtrykket for en lytter, der modtager et akustisk (stereo) signal via transducerenheden, i hovedsagen afhænger af den direkte lyd og de såkaldte tidlige refleksioner. Disse er de refleksioner, som når lytteren maksimalt 40 til 50 ms efter 20 ankomsten af den direkte lyd. Derfor må længden af tidsvinduet maksimalt være 40 til 50 ms, men det kan være kortere, afhængigt af henfaldet som funktion af tiden for det signal, der modtages af føleren. Også i dette tilfælde..kan impulsresponsen h(T) anvendes. Hvis f.eks.

25 amplituden for impulsresponsen er faldet til det halve (eller en anden del, f.eks. en tredjedel) af den maksimale amplitude (som er amplituden for den direkte lyd på ankomsttidspunktet), bestemmer dette tidspunkt slutningen på tidsvinduet.

30 Den krydskorrelationsfunktion R (τ), der er om- xy talt foran, kan også benyttes til bestemmelse af nævnte tidsvindues længde. Hver refleksion er et relativt maksimum på kurven for den numeriske værdi af krydskorrelationsfunktionen j Rx(τ) I . Længden af tidsvinduet svarer til 35 tidsintervallet τ^-ΐΓφ, hvor Tq er værdien af τ, for hvilken ]Tt I har et absolut maksimum (forårsaget af den di-rekte lyd), og er den højeste værdi af τ, for hvilken

DK 157645 B

13 et relativt maksimum af |r | endnu har en værdi, der er xy lig med halvdelen (eller en anden del. f.eks. en tredjedel) af nævnte absolutte maksimum.

Opfindelsen angår også anlæg til gengivelse af et 5 stereofonisk signal. I denne henseende er anlægget yderligere ejendommeligt ved, at det til konverteringen af et stereofonisk signal til et akustisk signal omfatter - en anden indgangsterminal til modtagelse af et andet elektrisk indgangssignal, 10 - en anden elektro-akustisk transducerenhed til konver tering af det andet elektriske indgangssignal til et andet akustisk udgangssignal, - en anden forstærker, der driver den anden elektro-aku-stiske transducerenhed og ved, at udligningsenheden 15 yderligere har en tredje samt fjerde indgang og en anden udgang og er indrettet til at korrigere frekvenskarakteristikken for det andet signal, der tilføres dens tredje indgang under indflydelse af et andet styresignal, der tilføres dens fjerde indgang, og som af-20 giver det korrigerede andet elektriske signal ved dens anden udgang, at den frekvensanalyserende enhed har en tredje indgang koblet til et punkt på signalvejen mellem den anden indgangsterminal og udligningsenhedens tredje indgang, og en anden udgang for tilførsel af 25 det andet styresignal, hvilken anden udgang er koblet til den fjerde indgang på den frekvensanalyserende enhed, at den frekvensanalyserende enhed endvidere er indrettet til - at udføre en Fourier-transformation på det forud digi·^ 30 taliserede indgangssignal z (t)., som tilføres dens tredje indgang, - at tilvejebringe en Fourier-transformeret version F (f) af dette signal z(t)., - at beregne en anden overføringsfunktion af nævnte 35 transformerede versioner af de to signaler z (t) og y(t), - at bestemme det andet styresignal ved benyttelsen af informationen i denne anden overføringsfunktion, 2 14

DK 15764SB

- at beregne partielle koherensfunktioner γ _(f) mel- 2 xy · z lem. signalerne x(t) og y(t) og v (f) mellem signa- zy · x lerne z(t) og y(t), og er indrettet til under bestemmelsen af henholdsvis det første og andet styresignal 5 at se bort fra værdien af henholdsvis den første og anden overføringsfunktion for de frekvenser f^ , for hvilke den partielle koherensfunktion (fJ hen- 2 xy · z holdsvis γ_ (f) har en værdi, der er mindre end en zy · x bestemt fast færdi, og hvor nævnte faste værdi for-10 trinsvis ligger mellem 0,7 og 1,0.

Gennem nævnte første indgangsterminal kan f.eks. det venstresidede signal tilføres anlægget, og gennem den anden indgangsterminal kan det højresidede signal tilføres anlægget. Da føleren optager et akustisk signal 15 fra både nævnte første og anden transducerenhed, må de partielle koherensfunktioner nu beregnes til bestemmelsen af pålideligheden for de beregnede overføringsfunktioner (og følgelig til bestemmelse af hvilke frekvensbånd i overføringsfunktionerne, der skal ses bort fra, 20 eller som ikke skal ses bort fra ved bestemmelsen af det første-og andet styresignal). Teorien om partielle koherensfunktioner er i og for sig kendt, se (b), kapitel 5.4. Imidlertid er anvendelsen af partielle koherensfunktioner i anlæg ifølge opfindelsen ikke kendt.

25 ......Det er indlysende, at de procedurer, som er anført i de foregående, med henblik på forsinkelse af et signal i forhold til et andet og til begrænsning af signalernes længde ved hjælp af et tidsvindue, også kan anvendes ved den stereofoniske version af anlægget.

30 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende med henvisning til tegningerne, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for opfindelsen, fig. 2 viser et rum med to egenfrekvenser, fig. 3a viser en overføringsfunktion [H (f)| og 2 35 fig. 3b viser en koherensfunktion γ (f) som funk- xy tion af frekvensen, fig. 4a viser en del af overføringsfunktionen i fig. 3a og

DK 157645 B

15 fig, 4b viser resultatet af konverteringen af in·^ formationen indeholdt i overføringsfunktionen i fig. 4a til bredere frekvensbånd, fig, 5 viser en anden placering af transducerenhe-5 den og føleren i et rum, fig. 6 viser impulsresponsen h(i) i et rum, og fig. 7 viser en udførelsesform ifølge opfindelsen til gengivelse af et stereofonisk signal.

De dele, der på tegningen vises med de samme hen-10 visningsbetegnelser, har de samme funktioner.

Fig. 1 viser et anlæg med en indgangsterminal 1 til modtagelse af et elektrisk indgangssignal fra en signalkilde 2. Signalkilden 2 kan afgive et monofonisk signal som angivet i fig. 1, men kan alternativt afgive 15 et stereofonisk signal. Sidstnævnte tilfælde er vist mere detaljeret i fig. 7, Gennem en forforstærker 3 er indgangsterminalen 1 forbundet til en første indgang 7 på en udligningsenhed 4, der også har en anden indgang 8 samt en udgang 9, Udligningsenheden er indrettet til 20 at korrigere frekvenskarakteristikken for et elektrisk signal, der tilføres dens første indgang 7 under indflydelse af et styresignal, som føres til den anden indgang 8 gennem ledningen 10, og til at afgive det korrigerede elektriske signal ved sin udgang 9. Udgangen 9 25 på udligningsenheden 4 er forbundet til en transducerenhed 6 gennem en forstærker 5. Transducerenheden 6 kan omfatte en eller flere højttalere 11. Transduceren-heden 6 er beregnet til at konvertere et elektrisk signal, der føres til dens indgang 12, til et akustisk sig-30 nal, der udstråles i et rum 13. I rummet 13 er anbragt en føler 14 i form af en mikrofon til optagelse af det akustiske signal i rummet 13 og til at frembringe et elektrisk signal, der er et mål for dette akustiske signal. Et punkt 23 på signalvejen mellem indgangstermina-35 len 1 og udligningsenheden 4's første indgang 7 er forbundet til en første indgang 15 på en frekvensanalyserende enhed 16 gennem en analog/digital konverter 25.

DK 157645 B

16

Udgangen på mikrofonen 14 er forbundet til en anden indgang 17 på den frekvensanalyserende enhed 16 gennem en forforstærker eller en automatisk forstærkningsregulering 24 og en analog/digital konverter 18. Hen-5 sigten med komponenten 24 er at forstærke signalet fra mikrofonen, således at dens signalniveau er kompatibelt med måleområdet for A/D konverteren 14. Hvis komponenten 24 er en forforstærker, må dens forstærkning styres af den frekvensanalyserende enhed 16. Hvis komponenten 10 24 er en automatisk forstærkningsreguleringskreds, skal den virke meget langsomt. Forstærkningen ved automatisk forstærkningsregulering må ikke ændre sig under perioden for en måling (svarende til tiden for en datablok på f. eks. 1024 sampler). Den frekvensanalyserende enhed 16 15 har endvidere en udgang 19 for tilførsel af et styresignal til udligningsenheden 41 s anden indgang 8 gennem ledningen 10. Den frekvensanalyserende enhed 16 er indrettet til at underkaste indgangssignalerne x(t) og y(t)y der er digitaliserede af analog/digital konverter-20 ne 15 og 18 og derefter tilført dens første indgang 15 og dens anden indgang 17, en Fourier-transformation (DPT eller FFT) til frembringelse af de Fourier-trans-formerede versioner Fx(f) og Fy(f) af de to signaler, at beregne overføringsfunktionen ud fra de to versioner og 25 at bestemme styresignalet ud fra den information, der er indeholdt jL nævnte overføringsfunktion.

Overføringsfunktionen Ηχ^(f) beregnes fortrinsvis ved hjælp af følgende formel: qn G (f) F*(f) F (f)

Vf> - - - F*(f) F> (1> se (b) kapitel 5.2, siderne 145 og 147 og formel (5.29).

I denne formel er F*(f) den kompleks-konjugerede funkti- Λ 35 on af F (f), G (f) det (komplekse) krydsspektrum for X Xy signalerne x(t) og y(t), og G (f) autospektret (en reel

X

funktion) af signalerne x(t) og y(t). Da G (f) er en xy

DK 157645 B

17 kompleks funktion, er overføringsfunktionen H (f) også xy en kompleks funktion af frekvensen. Den overføringsfunktion, der er udledt af signalerne x(t) og y(t) er ikke altid pålidelig. Dette kan have følgende årsager: 5 (i) Transducerenheden er anbragt på eller nær ved en knudelinie eller et knudepunkt for en af rummet 13's egenfrekvenser.

(ii) Mikrofonen er anbragt på eller nær ved en knudelinie eller et knudepunkt for en af rummet 13's 10 egenfrekvenser.

(iii) Mikrofonen er anbragt et sted i rummet 13, hvor der forekommer ødelæggende interferens mellem flere egenfrekvenser.

(iv) Målingen af overføringsfunktionen forringes af 15 baggrundsstøj (et tilfældigt signal).

(v) Målingen af overføringsfunktionen forstyrres af et kontinuerligt ikke-tilfældigt signal, såsom et kontinuerlig tone.

(vi) Forskellige andre årsager.

20 De første tre årsager er kendetegnet ved en meget lav værdi af overføringsfunktionen i det pågældende frekvensbånd. Dette forklares med henvisning til fig. 2 og fig. 3a. I fig. 2 er mikrofonen anbragt nøjagtigt på en knudelinie eller i et knudepunkt for en egenfrekvens i 25 rummet 13.

Fig. 2 viser to akustiske egenfrekvenser (eller stående bølger) 20 og 21, der kan forekomme i rummet 13's længderetning og som frembringes af udgangssignalet fra højttaleren 11, Lydtrykkets amplitude er afsat i den 30 lodrette retning. Egenfrekvensen 20 har en resonansfrekvens f^, der er lig med en tredjedel af resonansfrekvensen for egenfrekvensen 21. Mikrofonen 14 er anbragt nøjagtigt i et knudepunkt for de to egenfrekvenser.

På dette sted har begge egenfrekvenser et lydtryk lig med 35 nul. Mikrofonen 14 vil ikke optage noget signalindhold fra de tilsvarende resonansfrekvenser. Dette er vist i fig. 3a. Det samme gælder for det tilfælde, hvor trans- 18

DK 1 5764 5 B

ducerenheden er anbragt på eller nær ved en knudelinie eller et knudepunkt, dvs. i fig. 2 på det sted, hvor mikrofonen 14 var anbragt, og som nu er anbragt et andet sted. De to egenfrekvenser vil da ikke blive frembragt.

5 Det foregående gælder også, hvis der forekommer ødelæggende interferens mellem et antal egenfrekvenser på mikrofonens beliggenhed.

I fig. 3a viser kurven 30 overføringsfunktionen

|H (f)I. Denne overføringsfunktion svarer til den abso-^Y

10 lutte værdi af den (komplekse) overføringsfunktion HXy(f).. Overføringsfunktionen |Ηχ^(f) [ er altså en reel funktion af frekvensen. Da der benyttes samplede signaler til .beregning af en .overføringsfunktion ved hjælp af en Fourier-transformation, omfatter den beregnede overis føringsfunktion altså også sampler, som angivet ved 31, og den kontinuerlige kurve 30 opnås ikke. Frekvensen Af mellem to sampler er lig med fm 5fs fs 20 Af = *2 = § β s (2) ........................ ψ Ψ hvor f er overføringsfunktionens øvre grænse (dvs. f. eks. 20 kHz), f er samplerfrekvensen, og N antallet af 25 sampler for en måling, jf. (c) i kapitlet "The transfer and coherence functions". Derfor omfatter overføringsfunktionen 2 sampler mellem f = 0 og f = f . Som det ses, har overføringsfunktionen en meget lav værdi omkring og ved frekvenserne f^ og f2· Som anført i indledningen vil 30 det kendte anlæg forsøge at korrigere dette, hvilket i sidste instans resulterer i en ukorrekt indstilling af anlægget (i det tilfælde, hvor der foretages én udligning) eller (i tilfældet, hvor anlægget fungerer i overensstemmelse med en iterativ metode), i at forstærkningen 35 bliver for stor, og at anlæggets akustiske udgangssignal bliver alvorligt forvrænget. Dette er uønsket. Ifølge opfindelsen skal der ses bort fra informationen i overføringsfunktionen omkring og ved frekvenserne f^ og f2

DK 157645 B

19 ved bestemmelsen af styresignalet til udligningsenheden 4.

En mulighed for at opnå dette er at se bort fra de sampler i overføringsfunktionen, der har værdier mindre 5 end gange middelværdien for overførings funktionen, dvs. Η *H kan bestemmes ved at tage summen af værdierne n m 3 af alle sampler 31 i overføringsfunktionen |H (f)| og xy derefter dividere denne sum med antallet af sampler 1 (hvilket er ^ N) . Det er indlysende,-, at et antal sampler 10 i frekvensbåndet omkring f^ og ±2 har en værdi mindre end Hn og derfor vil blive udeladt. Virkningen af årsag (iv). på pålideligheden af den målte overføringsfunktion kan formindskes eller endog elimineres ved at bestemme overføringsfunktionen gange og derefter bestemme den 15 gennemsnitlige overføringsfunktion. Støjlignende kompo-santer i interferenssignalet (årsag (iv)) udelukkes derved. Indflydelsen af årsagerne (v) og (vi) fremgår ikke direkte af formen for overføringsfuaaktionen. Derfor kan de resulterende upålidelige frekvensbånd i overførings-20 funktionen ikke bestemmes eller ignoreres ved ovennævnte metode. En bedre metode til bestemmelse og påfølgende ignorering af de upålidelige frekvensbånd i overførings- 2 funktionen er at udnytte koherensfunktionen y (f).

Denne metode virker rigtigt, uafhængigt af årsagen til 25 upålideligheden i overføringsfunktionen. I fig. 3b repræsenterer kurven 32 koherensfunktionen beregnet efter følgende formel: 2 lGxy(f)!2 30 --^- (3) Y G (f)G (f) x. y se (b), kapitel 5.2, side 145, formel (5.30). I denne 2 formel er |G (f)| kvadratet på den numeriske værdi af xy 35 det krydsspektrum, der er beregnet ved at multiplicere krydsspektret med det kompleks-konjugerede krydsspektrum, og Gy(f) er autospektret (en reel funktion) af signalet 2 20

DK 157645 B

y(ti. Da alle led i (31 er reelle, er y (f). også reel ^y og opfylder følgende betingelse; o « yxy2(f) « 1 (41 5 se (b) , kapitel 5.2, side 142, formel (5,24).. På samme måde som for overføringsfunktionen opnås den kontinuer- lige kurve 32 ikke, men der er kun sampler (eller vær* dier) mellem f = 0 og f = fm· Derfor gælder også, at 10 Af = fm/|Nm jf. også (c) i kapitlet "The transfer and coherens functions".

Koherensfunktionen er et mål for pålideligheden af den beregnede overføringsfunktion. Hvis koherensfunktionen i et bestemt frekvensbånd har en høj værdi (f.eks.

15 > 0,8), så er pålideligheden af overføringsfunktionen i dette bånd tilfredsstillende. Såfremt koherensfunktionen har en lavere værdi, vil overføringsfunktionen være mindre pålidelig.'Fig. 3b viser tydeligt, at koherensfunktionen har en lav værdi i frekvensbåndene omkring f^ og 20 f2· I disse bånd er overføringsfunktionen lHxy(f)| der for upålidelig. Hvis der således i overføringsfunktionen ses bort fra de sampler ved disse frekvenser, hvor koherensfunktionen har en værdi mindre end 0,8, vil der kun blive bevaret pålidelig information i overføringsfunkti-25 onen, og den kan benyttes til bestemmelse af styresignalet til udligningsenheden 4. Det er klart, at i dette tilfælde vil frekvensbånd omkring f^ og f2 også blive ignoreret.

Desuden er det åbenbart, at der også vil blive set 30 bort fra et frekvensbånd ved f = 0 og over f = f^. Dette kan skyldes de årsager, der er nævnt under (v) og (vi). Eksempler på forskellige andre årsager er: - frekvensindholdet i signalet x(t) kan være begrænset til f.eks. frekvenser under f3. Informationen i IHXy(f)I 35 for frekvenser over f3 er da ikke pålidelig og må ikke anvendes til udligning,

DK 157645 B

21 - ved meget lave frekvenser fra f = O til omkring 100 Hz, hvilket er den nedre grænse for det frekvensområde, hvori transduceren virker, kan transduceren ikke gengive signaler. I dette frekvensområde er overførings-5 funktionens information derfor også upålidelig, hvorfor der skal ses bort fra den.

Den videre beregning, hvor informationen i overføringsfunktionen anvendes, er som følger. Frekvensområdet for overføringsfunktionen |HXy(f)| fra f = 0 til f = f^ 10 deles først op i et antal frekvensbånd. Hvert frekvensbånd svarer til frekvensbåndet for et tilsvarende filter i udligningsenheden. Hvis frekvensudligningsenheden f. eks. indeholder tredjedels-oktavfiltre, så er frekvensaksen i fig. 3a delt op i frekvensbånd med en bredde på 15 en tredjedel oktav. Dette er vist i fig. 4a, som viser tre frekvensbånd og svarende til tre (tre djedel oktav) filtre med en båndbredde på b(i-l), b(i) og b(i+1) Hz.

Samplerne (værdierne) af overføringsfunktionen 20 IH (f) I er betegnet a(n). Derfor er |H (nAf) I = a(n) gældende, idet n går fra 0 til jj.

25 For hvert frekvensbånd i er effektindholdet E(i) nu bestemt som følger: nh E(il L Λ.+ι ΣΙ a 2W j b(i) (5) 30 v h 1 nl ) hvori n^ er sekvensnummeret på samplet inden for frekvensbåndet i med det laveste sekvensnummer, og n^ er sekvensnummeret på samplet inden for frekvensbåndet i 35 med det højeste sekvensnummer.

I formel (5) udføres normalisering ved at opdele antallet af sampler, som er n^ - n^+1, inden for fre-

DK 157645 B

22 kvensbåndet i. At se bort fra en eller flere sampler har følgende virkning på beregningen af E(i) i formlen (5):

For hvert a(n) i frekvensbåndet i, for hvilket 2 5 den tilhørende værdi γ (n) af koherensfunktionen er xy mindre end (f,eks.) 0,8 - tages værdien nul for den pågældende a(n) og - kvantiteten n^ - n^+1 dekrementeres med én i beregningen af E(i) i overensstemmelse med formlen (5). For 10 hvert frekvensbånd giver dette en værdi E(i). Som eksempel er et antal værdier vist i søjler svarende til et antal værdier af i i fig. 4b.

Derefter kan et middeleffektindhold E bestemmes.

gem

Dette opnås ved at tage summen af alle værdier E(i) og 15 dividere denne sum med antallet af værdier. Imidlertid

bestemmes E fortrinsvis ved hjælp af følgende formel: gem J

E + E .

„ max mm

Egem = -I- ' 20 * hvor E__. er det maksimale effektindhold, og E .„ er det max 3 mm minimale effektindhold, der findes for frekvensbåndet i.

Fig. 4b viser, at frekvensbåndet i+1 har det største, og frekvensbåndet i-2 har det laveste effektindhold. For- 25 skellene E(i) - E er et mål for området, hvor fregent kvenskarakteristikken ikke er flad. I fig. 4b er disse forskelle angivet ved skraverede zoner. Ved udnyttelsen af disse forskelle tilfører den frekvensanalyserende enhed 16 nu et styresignal S(i) for hvert (tredjedel ok-30 tav) filter til udligningsenheden 4 svarende til det tilhørende frekvensbånd i i overføringsfunktionen.

Styresignalet S(i) forholder sig nu til effektindholdet af det tilsvarende frekvensbånd i som følger: S (i) (:) - α ! E(i) - Egemj = -a |e(1) - ™ax ^ m3-nj, (6)

DK 157645B

23

For en engangsudligning er a = 1, og for en iterativ udligning er <x mindre end én, f.eks. 0,9. Det følger af formel (6), at under indflydelse af styresignalet S(i) vil forstærkningen i et filter i i udligningsenheden 5 svarende til et frekvensbånd i overføringsfunktionen med et effektindhold E(i) større end E __ (som for frekvens gem båndet, der er betegnet med i+1 i fig. 4b) og mindre end E (som for frekvensbåndet i-1) , .blive formindsket gem henholdsvis forøget. I tilfældet med en engangsudligning 10 opnås den korrekte forstærkningsindstilling af filtrene i udligningsenheden da med det samme. Hvis den iterative udligning benyttes, gentages den ovennævnte procedure, indtil den korrekte indstilling af 'udligningsenheden er opnået.

15 En forbedring af den ovenfor beskrevne udlignings metode kan opnås ved - før de signaler, der tilføres indgangene 15 og 17 på den frekvensanalyserende enhed 16, underkastes Fourier-transformation — at forsinke det signal, der tilføres indgangen 15 med et tidsinterval, 20 som stort set svarer til udbredelsesforsinkelsen for det akustiske signal fra transducerenheden 6 til mikrofonen 14 ad den optimale vej. I eksemplet i fig. 1 svarer det til den korteste vej mellem højttaleren 11 og mikrofonen 14. Tidsintervallet er da lig med d/c, hvor 25 d er længden af nævnte korteste vej, og c er udbredelseshastigheden for de akustiske bølger i luft.

Fig. 5 viser en anbringelse af en højttaler 11 og en mikrofon 14, hvor den optimale vej mellem de to komponenter går via en refleksion fra væggen i rummet 30 13. Signalet ved indgang 17 når da denne indgang 17 med en forsinkelse i forhold til det signal, som tilføres indgangen 15, hvilken forsinkelse skyldes udbredelsesforsinkelsen mellem transducerenheden 6 og mikrofonen 14. Til opnåelse af at de rette signaler anvendes i 35 den frekvensanalyserende enhed til bestemmelse af overføringsfunktionen, må der indføres en korrektion for nævnte udbredelsesforsinkelse, hvilket kan opnås ved at

DK 157645 B

24 forsinke signalet ved indgangen 15 med samme tidsinterval. Længden af dette tidsinterval kan bestemmes enten ud fra en impulsrespons h(x) for rummet eller ved en krydskorrelationsfunktion R (τ) mellem de to signaler

XY

5 x (t) og y (t) .

Fig. 6 viser den absolutte værdi af responsen i et rum 13 over for et impulsformet signal, der frembringes i rummet ved hjælp af transducerenheden til tidspunktet τ = 0. Denne respons eller impulsrespons h(-r) viser tyde-10 ligt, at de akustiske signaler når mikrofonen forsinket med en vis tid τ^. Denne tid Tq er den nødvendige længde for tidsintervallet. Imidlertid er det også muligt at tage værdien τ'^ svarende til det øjeblik, hvor impulsresponsen når sin maksimale amplitude. Nævnte tids-15 forsinkelse kan også udledes af krydskorrelationsfunktionen Ηχ^(τ). Dette er mere hensigtsmæssigt, fordi der ikke kræves et særligt testsignal, men der kan gøres direkte brug af signalerne x(t) og y(t). Krydskorrelationsfunktionen fås ved at udføre en invers Fourier-transfor- 20 mation på kryds-spektret G (f), se (a), kapitel 6.5.

xy

Krydskorrelationsfunktionen kan opnås på enkel måde, fordi krydsspektret alligevel skal bestemmes til beregning af overføringsfunktionen H (f), se formel (1). Kurven xy for den absolutte værdi af krydskorrelationsfunktionen, 25 dvs. |R (τ)[ udviser et antal maksima, af hvilke det første, når man går fra τ= 0 til en højere værdi af τ, har den højeste værdi. Den værdi af τ, hvor dette maksimum forekommer, er da den nævnte tidsforsinkelse Tq.

Ved forsinkelse af det signal x(t), som tilføres 30 den første indgang 15 på den frekvensanalyserende enhed 16 med nævnte udbredelsesforsinkelse, benyttes til beregningen af overføringsfunktionen datarammer for de to signaler, som svarer bedre i tid til hinanden. Dette giver en bedre (mere pålidelig) overføringsfunktion, Følge-35 lig vil større frekvensbånd have en koherensfunktion, der er større end eller lig med (f,eks.) 0,8, således at mindre information i overføringsfunktionen behøver at blive ignoreret.

DK 157645 B

25

En yderligere forbedring af den ovenfor beskrevne udligning kan opnås, hvis længden af de to signaler, før Fourier-transformationen af de to signaler og efter forsinkelsen af det signal, som tilføres den første indgang 5 15, begrænses ved hjælp af et tidsvindue, hvor længden af tidsvinduet stort set svarer til det tidsinterval, inden for hvilket mikrofonen 14 modtager det direkte akustiske signal fra transducerenheden (dvs, når det direkte signal ankommer til mikrofonen efter at være star-10 tet til tiden Tg) og et antal tidlige refleksioner fra dette signal er optaget. Disse refleksioner viser sig i impulsresponsen h(x). og i krydskorrelationsfunktionen IR (τ) I som et antal relative maksima for længere tids-· xy intervaller τ efter tq (se fig. &).

15 Kriteriet for bestemmelsen af hvilke refleksioner, der skal betragtes som tidlige refleksioner, kan være, at de fleksioner tages i betragtning, ior hvilke det tilsvarende (relativel maksimum har en værdi, som er større end eller lig med f.eks. en tredjedel af det absolutte 20 maksimum i øjeblikket τ'g. I fig. 6 svarer dette til værdien τ^. kan udledes fra krydskorrelationsfunktionen på lignende måde. Det ses tydeligt |L fig. 6, at tidsvinduet - Tg er mindre end længden af datarammen på N (= 1024) sampler, som kræves for beregning af overfø-25 ringsfunktionen. Længden af datarammen for N (= 1024) sampler er lig med τ . For at overføringsfunktionen til trods herfor kan bestemmes, suppleres de tidsbegrænsede signaler med nuller (såkaldt "nuludfyldning"1, indtil datarammerne får en længde på τ « 30 Denne reduktion af signallængden er hensigtsmæssig, fordi opfattelsen hos en lytter, der modtager et akustisk (stereo)signal, hovedsagelig afhænger af den direkte lyd og de såkaldte tidlige refleksioner, Disse er refleksioner, som når lytteren op til et maksimum på 40 til 5Q ms 35 efter ankomsten af den direkte lyd. Dette betyder, at T1 - Tg har en maksimal værdi på 40 til 50. ms.

DK 157645B

26

Hvis signalkilden 2 afgiver et digitalt signal, må der anbringes en digital/analog konverter før eller efter udligningsenheden 3 (afhængig af udligningsenhedens kredsløbskonstruktion), og analog/digital konverte-5 ren 25 og forstærkeren 3 kan da undværes.

Det er allerede anført, at for en samplefrekvens på 40 kHz, der er minimumsfrekvensen, som er nødvendig til analysering af et akustisk signal på 20 Hz til 20 kHz, og med 1024 sampler pr.måling, opnås en båndbredde 10 på 40 Hz. For frekvenser over f.eks. omtrent 250 Hz er denne båndbredde mindre end båndbredden for den tilsvarende tredjedel oktav i dette område, hvilket følgelig giver en forbedring i sammenligning med målinger ved hjælp af tredjedelsoktavfiltre. For frekvenser under 250 15 Hz er situationen den omvendte. For at muliggøre målinger i bånd, som er smallere end disse tredjedels-oktavfil-tres, deles frekvensområdet til 20 kHz op i to dele. En del fra 0 Hz til f.eks. 250 Hz og en anden del fra 250 Hz til 20 kHz. Ved at sample hver del med en særskilt samp-20 lefrekvens, tage 1024 sampler for begge målinger og genforene de to målinger til opnåelse af overføringsfunktionen over hele frekvensområdet, kan den ønskede frekvensopløsning opnås over hele frekvensområdet, altså også for de lave frekvenser.

25 Fig. 7 viser en udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen, ved hjælp af hvilken et stereofonisk signal kan gengives. Anlægget har derfor en anden indgangsterminal 41 til modtagelse af et andet elektrisk indgangssignal, som afgives af kilden 2, en anden elektro-aku-30 stisk transducerenhed 46 til konvertering af det andet elektriske signal til et andet akustisk udgangssignal, og en anden forstærker 45, som driver den anden transducerenhed 46. Yderligere er udligningsenheden 4 forsynet med en tredje samt fjerde indgang henholdsvis 47 og 48, 35 og en anden udgang 49, og enheden er indrettet til at korrigere frekvenskarakteristikken for det andet elektriske signal, der tilføres dens tredje indgang under ind-

DK 157645 B

27 flydelse af et andet styresignal 50, som tilføres dens fjerde indgang 48, og til at afgive det korrigerede andet elektriske signal ved dens anden udgang 49. Den frekvensanalyserende enhed 16' har også en tredje ind-5 gang 55 koblet til et punkt på signalvejen mellem den anden indgangsterminal 41 og den tredje indgang 47 på udligningsenheden, og en anden udgang 59 til afgivelse af det andet styresignal 50, hvilken anden udgang 59 er koblet til den fjerde indgang på udligningsenheden.

10 Den frekvensanalyserende enhed 161 er indrettet til at underkaste de forud digitaliserede indgangssignaler x(t), y(t) og z(t), som tilføres dens første, anden og tredje indgang henholdsvis 15, 17 og 55, en Fourier-transformation, at tilvejebringe Føurier-transformerede 15 versioner F (f), F (f) og F (f) af disse signaler, at be- λ y z regne en første og anden overføringsfunktion HXy(f) og H (f) henholdsvis mellem signalerne x(t) og y(t) og mel-zy lem signalerne z(t) og y(t), og at beregne partielle ko- 2 herensfunktioner γ (f) for signalerne x(t) og y(t) og 2 xy · z 20 Y _(f) for signalerne z(t) og yi±). Da kilden 2 er zy · x en analog signalkilde, er to analog/digital konvertere 25 og 54 anbragt før indgangene 15 henholdsvis 55 på den frekvensanalyserende enhed 16'.

Den frekvensanalyserende enhed 161 virker såle-25 des, at der ved bestemmelsen af det første og andet styresignal henholdsvis 10 og 50 ses bort fra de værdier af overføringsfunktionerne |Ηχ^[ og |H | f°r de frekvenser f., for hvilke de tilhørende partielle koherensfunk- 1 2 2 tioner henholdsvis γ Xy.z(f) °<J Y 2 x(f) har en værdi, 30 som er mindre end en bestemt fast værdi, f.eks. 0,8.

Da mikrofonen 14 modtager begge de akustiske signaler fra transducerenheden 6 og fra transducerenheden 46, er det nødvendigt at beregne partielle koherens-funktioner, fordi en beregning og udnyttelse af koherens-35 funktionerne som ovenfor anført ikke er tilstrækkelig.

Den partielle koherensfunktion bestemmer graden af overensstemmelse mellem to signaler i et system med to eller

DK 157645 B

28 flere indgange og en udgang og har også funktionsværdier mellem 0 og 1, se (b), kapitel 5.4. I modsætning til udførelsesformen i fig. 1, hvor koherensfunktionen anvendes til at se bort fra den upålidelige information i overfø-5 ringsfunktionen, anvendes der nu de partielle koherens-funktioner. Metoden, der er angivet med henvisning til fig. 1, og hvori der ses bort fra informationen i overføringsfunktionen for den værdi, som er mindre end - gan-ge overføringsfunktionens middelværdi, kan ikke længere 10 benyttes i dette tilfælde.

Den pålidelige information i overføringsfunktionerne jHxy| behandles til styresignalerne 10 og 50 på samme måde som angivet for udførelsesformen i fig. 1. De to styresignaler 10 og 50 føres til udligningsenheden 15 4, der omfatter to udligningsfilterkæder. Den ene filter kæde er forbundet mellem indgang 7 og udgang 9 og er betegnet 56. Denne filterkæde modtager styresignalet 10.

Den anden filterkæde 57, der er forbundet mellem indgang 47 og udgang 49, modtager styresignalet 50. På denne 20 måde kan begge kanaler i et stereosignal korrigeres hver for sig.

Det er klart, at hvis kilden 2 er en digital signalkilde, kan de to analog/digital konvertere 25 og 54 undværes. Afhængigt af om udligningsenheden 4 er en 25 analog eller digital udligningsenhed må yderligere to di-gital/analog konvertere anbringes før henholdsvis efter udligningsenheden, en i hver af kanalerne fra 1 til 12 og fra 41 til 52.

Det er desuden klart, at den forsinkelsesprocedure, 30 der allerede er angivet med henvisning til fig. 1 og 5, og hvor de signaler, som føres til indgangene 15 henholdsvis 55, før Fourier-transformationen foretages, forsinkes med et tidsinterval svarende til udbredelsesforsinkelsen af de to signaler fra transducerenheden 6 35 henholdsvis 46 til mikrofonen 14, igen må anvendes.

Det samme gælder proceduren med at begrænse længden af signa-lerne x(t), y(t) og z (t) ved hjælp af et tidsvindue, hvilket også er angivet med henvisning til fig. 1.

Claims

1. Anlæg til konvertering af et elektrisk signal til et akustisk signal, og omfattende: - en indgangsterminal (1) til modtagelse af et elektrisk ind=* gangssignal, 10. en elektro-akustisk transducerenked (6) til konvertering af et elektrisk signal til et akustisk udgangssignal, - en udligningsenhed (4) med en første (7) samt en anden indgang (8) og en udgang (9) til korrigering af frekvenskarakteristikken for et elektrisk signal, der tilføres dens første 15 indgang (7), og som afgiver det korrigerede signal ved sin udgang (9), - en forstærker (5), som driver den elektro-akustiske transducerenhed (6), - en føler (14) til optagelse af et akustisk signal og til 20 frembringelse af et elektrisk signal, der er et mål for det akustiske signal, og - en frekvensanalysereiide enhed (1®) med en første indgang (15) koblet til et punkt (23) på .signalvejen mellem indgangsterminalen og den første indgang ((7) på udligningsenheden 25 (4), en anden indgang (17) koblet til føleren (14), og en udgang (19) til afgivelse af styresignalet (TO), hvilken udgang (19) er koblet til den anden indgang (8) på udligningsehheden (4), kendetegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til at underkaste de forud digitalise- 30 rede indgangssignaler x(t) og y(t),, der tilføres dens første (15) og anden indgang (17), en Fourier-transformation (f. eks. en diskret Fourier-transformation, DFT, eller en hurtig Fourier-transformation, FFT), at tilvejebringe Fourier-transformerede versioner F (f) henholdsvis F, (f) x y 35 af nævnte signaler, at beregne en overføringsfunktion ud fra nævnte to versioner, og at bestenme styresignalet (10) DK 157645 B ved brugen af information i denne overføringsfunktion, og ved at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til under bestemmelsen af styresignalet (10), at se bort fra den information i overføringsfunktionen, for 5 hvilken der er frekvenser, hvor den kalkulerede over-førngsfunktion er upålidelig.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til under bestemmelsen af styresignalet (10) at se bort 10 fra værdien af overføringsfunktionen for de frekvenser f^, hvor værdierne af overføringsfunktionen er mindre end gange middelværdien af denne overføringsfunktion, hvor x er et tal, som fx er 20 eller større.

3. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) desuden er indrettet til at beregne en koherensfunktion γ xy(f) mellem de to signaler.

4. Anlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til 20 under bestemmelsen af styresignalet (10) at se bort fra værdierne af overføringsfunktionen for de frekven-ser f^, hvor koherensfunktionen γ Xy(f) er mindre end en bestemt værdi, fx 0,8.

5. Anlæg ifølge krav 1,2, 3 eller 4, kende-25tegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til før Fourier-transformationen, at forsinke det signal, der tilføres dens første indgang (15), i forhold til det signal, der tilføres dens anden indgang (17), med et tidsinterval, der i det 30 mindste svarer til udbredelsesforsinkelsen for det akustiske udgangssignal fra transducerenheden (6) til føleren (14) ad den optimale vej (d).

5 PATENTKRAV

6. Anlæg ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) yderli- 35 gere er indrettet til at begrænse længden af de to signaler ved hjælp af et tidsvindue, efter at det signal, der tilføres dens første (15) indgang, er blevet DK 157645 B forsinket, og før Fourier-transformationen udføres, hvor længden af tidsvinduet i alt væsentligt svarer til det tidsinterval, inden for hvilket føleren (14) optager det direkte akustiske udgangssignal fra trans-5 ducerenheden (6) og flere tidlige refleksioner af det akustiske udgangssignal fra transducerenheden (6).

7. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at anlægget til konvertering af et stereofonisk signal til et akustisk signal har en anden indgangs-10 terminal (41) til modtagelse af et andet elektrisk indgangssignal, - en anden elektro-akustisk transdueerenhed (46) til konvertering af det andet elektriske indgangssignal til et andet akustisk udgangssignal, 15. en anden forstærker (45), der driver den anden elek-tro-akustiske enhed (46), at udligningsenheden (4) yderligere har en tredje (47) samt en fjerde indgang (48) og en anden udgang (49) og er indrettet til at korrigere frekvenskarakteristikken for det andet 20 elektriske signal, der tilføres dens tredje indgang (47) under styring fra et andet styresignal (50), som tilføres dens fjerde indgang (48), ©g til at afgive det korrigerede andet elektriske signal ved sin anden udgang (49), 25 at den frekvensanalyserende enhed (116') har en tredje indgang (55) koblet til et punkt på signalvejen mellem den anden indgangsterminal (41) og den tredje indgang (47) på udligningsenheden (4) og en anden udgang (59) til afgivelse af det andet styresignal (50), 30 hvilken anden udgang (59) er koblet til den fjerde indgang (48) på udligningsenheden (4), at den frekvensanalyserende enhed (16') derudover er indrettet til - at udføre en Fourier-transformation af det forud digitaliserede indgangssignal z(t), der tilføres dens tre- 35 dje indgang (55), - at tilvejebringe en Fourier-transformeret version F (f) af dette signal z(t), z DK 157645 B - at beregne en anden overføringsfunktion ud fra nævnte transformerede versioner af de to signaler z(t) og y(t), - at bestemme det andet styresignal (50) ved brugen af 5 informationen i denne anden overføringsfunktion, - at beregne partielle koherensfunktioner γ χ^.ζ(ί) mellem signalerne x(t) og y(t) og Y2Zy.x(f) mellem signalerne z(t) og y(t), og er indrettet til ved bestemmelsen af det første (10) henholdsvis det andet styresig- 10 nal (50) at se bort fra værdien af henholdsvis den første og anden overføringsfunktion for de frekvenser f^, ved hvilke den partielle koherensfunktion γ Xy.z(f) henholdsvis J^Zy.x(£) har en vær^if åer er mindre end en bestemt fast værdi, hvor denne faste værdi fortrinsvis 15 ligger mellem 0,7 og 1,0.

8. Frekvensanalyseenhed (16) til brug i et anlæg ifølge ethvert af de foregående krav, og omfattende en første indgang (15) for modtagelse af et første digitaliseret signal, en anden indgang (17) for modtagelse af 20 et andet digitaliseret signal, og en udgang (19) til afgivelse af et styresignal (10) til styring af en udligningsenhed (4), kendetegnet ved, at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til at underkaste de forud digitaliserede indgangssignaler 25 x(t) og y(t), der tilføres dens første (15) og anden indgang (17), en Fourier-transformation (fx en diskret Fourier-transformation, DFT, eller en hurtig Fourier-trans formation, (FFT), at tilvejebringe Fourier-trans- formerede versioner F (f) henholdsvis F (f) af nævnte x y 30 signaler, at beregne en overføringsfunktion ud fra de nævnte to versioner, og at bestemme styresignalet (10) ved brugen af informationen i denne overføringsfunktion, og ved at den frekvensanalyserende enhed (16) er indrettet til under bestemmelse af styresignalet (10), at 35 se bort fra den information i overføringsfunktionen, for hvilken der er frekvenser, hvor den kalkulerede overføringsfunktion er upålidelig.