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WO2018188697A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von n informationssignalen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mischen von n informationssignalen Download PDF

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WO2018188697A1
WO2018188697A1 PCT/DE2018/100326 DE2018100326W WO2018188697A1 WO 2018188697 A1 WO2018188697 A1 WO 2018188697A1 DE 2018100326 W DE2018100326 W DE 2018100326W WO 2018188697 A1 WO2018188697 A1 WO 2018188697A1
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WO
WIPO (PCT)
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components
complex
component
combination component
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2018/100326
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Groh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Original Assignee
Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut fuer Rundfunktechnik GmbH filed Critical Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority to EP18730965.3A priority Critical patent/EP3610655B1/de
Priority to JP2019554960A priority patent/JP7164075B2/ja
Priority to US16/604,641 priority patent/US10834502B2/en
Priority to CN201880037021.7A priority patent/CN110720226B/zh
Priority to DE112018001988.8T priority patent/DE112018001988A5/de
Publication of WO2018188697A1 publication Critical patent/WO2018188697A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/07—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S5/00—Pseudo-stereo systems, e.g. in which additional channel signals are derived from monophonic signals by means of phase shifting, time delay or reverberation 
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for mixing N information-time signals which are respectively converted from the time domain to the frequency domain into one of N complex information signals, where N is an integer greater than one.
  • a method or device is described e.g. used for interpolating or extrapolating microphone signals.
  • the known method relates to applications in which microphones are in a sound field where they convert a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions into microphone signals, and in which a sound field measure (eg the sound pressure) at their respective microphone positions
  • Estimation of the value of the sound field measured variable outside the microphone positions is desired, namely at one of the microphone positions interpolated or extrapolated
  • the interpolated or extrapolated signal is the
  • the known method uses an energy-related weighting of complex spectral values as well as a summation of the weighted complex spectral values which includes a correction to compensate for an energy error.
  • the interpolated or extrapolated signal has the property, in its mean energy, of the value of the sound field measured variable at the interpolated or
  • extrapolated position deviate at most insignificantly, and retains this property even if the sound field results from the sound waves of more than one sound source.
  • the factors of the weighting in the known method are derived from the coefficients in the mathematical representation of the interpolated or extrapolated, "virtual" position.
  • the phase of the interpolated or extrapolated signal does not equal the phase of the sound field measured variable at the interpolated or extrapolated position. This is already the case in the case of a direct sound field emanating from a single sound source in the known method. In the case that the sound field from the
  • extrapolated signals are complex-valued signals that describe the state of a quantity, in the present case the sound field measured variable, in a customary manner in relation to a frequency.
  • An interpolated or extrapolated position is usually computed as a mixture of the positions interpreted as vectors, in particular as a coefficient-weighted sum of the vectors, with the additional condition that the sum of the coefficients is equal to 1.
  • the number of dimensions of the interpolation or extrapolation becomes l less than the number of positions due to the additional condition. For example, in this case, in the case of 2 positions, a one-dimensionally interpolated position on the straight line through the positions is described, or in the case of 3 positions, a two-dimensionally interpolated or
  • the coefficients are available as control parameters for the object of the invention.
  • the object of the invention is to further improve the generation of an interpolated or extrapolated signal from at least two microphone signals.
  • the microphones, which a To convert the sound field variable into the microphone signals are located at different microphone positions in a sound field.
  • the aim is that the interpolated or extrapolated signal, as far as possible, in its phase and in its energy deviates at most insignificantly from the value which the sound field measured variable has at a position interpolated or extrapolated from the microphone positions.
  • inventive method is characterized according to the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention are defined by the claims 2 to 10.
  • the device according to the invention is characterized according to claim 11.
  • Advantageous embodiments of the device according to the invention are defined by the claims 12 and 13.
  • Fig. 7 shows an embodiment of a derivative of a combination component of three first components.
  • the result signal generated by the mixture may then be equalized in interpolation to a microphone signal of a fictional microphone located at a location between the two microphones on the line connecting the two microphones.
  • the result signal may then be assimilated to a microphone signal of a fictional microphone located at a location outside the two microphones on the line connecting the two microphones.
  • the two microphone signals as a function of time are indicated in FIG. 1 by si (t) and S2 (t). These signals are first transformed by means of a transformation from the time domain into the
  • Frequency range converted For this purpose, the time signals lying in a time interval indicated by Wi are converted into the frequency domain. This conversion can z. B. take place by means of a Fourier transform. This results in transformed complex information signals vi (f, ti) and V2 (f, ti) as a function of the frequency f.
  • Output information signal m (f, ti) to obtain as a function of frequency.
  • Mixing method can thus be performed successively by temporal repetition, or can be performed in parallel to each other at the same time, so that in a system clock of the control of the mixing process, the complex output information signal m (f, ti) can be generated.
  • the mixed time signal Sc (t) is obtained in the time interval Wi.
  • FIG. 2 shows in a flowchart how the mixture of two frequency-matching complex spectral values takes place.
  • Spectral values are combined into a first combination component. This will be explained in more detail later with reference to FIG. 3b.
  • the first combination component and the second combination component for obtaining a result spectral value are combined. This will be explained in more detail later with reference to FIG. 3d.
  • the result spectral value m (fi, ti) was derived from the two spectral values vi (fi, ti) and V2 (fi, ti).
  • Output information signal m (f, ti) is obtained. Thereafter, in block 220, by a back transformation from the frequency domain to the time domain, the complex
  • blocks 206 to 214 may be performed at the same time in parallel with each other for directly obtaining the complex output information signal m (f, ti).
  • Fig. 3a shows the two frequency-matching spectral values vi (fi, ti) and V2 (fi, ti) in a complex plane plotted as the vectors OPi and OP5, respectively, where O is the origin of the complex plane.
  • the first component OP3 and the second component OP4 are selected in such a way that they produce the spectral value OPi in the case of a complex-valued addition of the components OP3 and OP4.
  • the first component OP7 and the second component OP8 are selected in such a way that they yield the spectral value OP5 in the case of a complex-valued addition of the components OP7 and OP8.
  • the end points of the first components OP3 and OP7 and the second components OP4 and OP8 lie on a circle K.
  • the radius of the circle K depends on the absolute values
  • a first energy value Ei (fi, ti) is equal to: ABS (vi (fi, ti)) 2 .
  • a second energy value E2 (fi, ti) is equal to: ABS (v2 (fi, ti)) 2
  • the radius R of the circle K is now equal to: SQRT ⁇ (Ei + E2) / 2>.
  • the root of the arithmetic mean of the energy values is thus a measure of the radius.
  • the determination of the radius in this first exemplary embodiment means the use of an assumption that the sound field consists of the superimposition of two direct sound fields, the two assumed direct sound fields being equal, and thus causes the estimate of the value of the sound field measured variable to be interpolated or interpolated As far as possible it is independent of whether there is a direct field of sound field in the sound field.
  • step B shows how in block 210 (step B) the first components OP3 and OP7 are combined to form a first combination component OP9.
  • the end point P9 of the first combination component is determined as follows.
  • a position interpolated or extrapolated from given positions can, as is known, be represented mathematically, for example by a linear combination, which is to be used in the following. If a mixture is an interpolation or extrapolation, then the sum of the coefficients of the linear combination is equal to 1.
  • a mathematical representation of a given one of two positions Li and L2 one-dimensionally linearly interpolated or extrapolated position L is
  • ci and C2 are the coefficients of the interpolation or extrapolation according to the invention.
  • Combination component OP9 The point P9 divides the circle section P3-K-P7 into two parts such that:
  • Fig. 3c shows how in block 212 (step C) the second components OP4 and OP8 are combined to form a second combination component OP10.
  • the end point P10 of the second combination component is determined as follows.
  • Circular section P4 - K - P8 divided into two parts, through the point P10.
  • the point P10 divides the circle section P4 - K - P8 into two parts such that:
  • Fig. 3d shows, as in block 214 (step D), the first combination component OP9 and the second combination component OP10 to a result spectral value OP11
  • Fig. 4a again shows the two frequency-matching spectral values vi (fi, ti) and V2 (fi, ti) in the complex plane plotted as the vectors OPi and OP5, respectively, where O is the origin of the complex plane.
  • Component OP3 and the second component OP4 are selected in such a way that they yield the spectral value OPi in the case of a complex-valued addition of the components OP3 and OP4.
  • Component OP8 are selected in such a way that they yield the spectral value OP5 in the case of a complex-valued addition of the components OP7 and OP8.
  • the end points of the first components OP3 and OP7 lie on a circle K '. This means in this embodiment of the invention that the amplitudes or
  • Vector lengths of the first components OP3 and OP7 are equal to each other.
  • the end points of the second components OP4 and OP8 lie on a circle K ". In this embodiment of the invention, this means that the amplitudes or vector lengths of the second components OP4 and OP8 are equal to one another.
  • Components OP7 and OP8 is collinear.
  • step B shows how in block 210 (step B) the first components OP3 and OP7 are combined to form a first combination component OP9.
  • the end point P9 of the first combination component is again set in the same way, as already described above with reference to FIG. 3b.
  • step C shows how in block 212 (step C) the second components OP4 and OP8 are combined to form a second combination component OP10.
  • the end point P10 of the second combination component is determined as follows.
  • Circular portion P4 - K "- P8 divided into two parts, through the point P10, where the point P10 divides the circle section P4 - K" - P8 into two parts such that: (arc length of the circle section P4 - P10) / ( Arc length of the circle section P10 - P8) ci / C2.
  • Fig. 4d shows, as in block 214 (step D), the first combination component OP9 and the second combination component OP10 to a result spectral value OP11
  • Fig. 5 shows an embodiment of a mixing device for carrying out the method as described above.
  • the input 502 is coupled to an input 506 of a unit 508.
  • the input 504 is coupled to an input 518 of a unit 520.
  • Frequency matching spectral values vi (fi, ti) and V2 (fi, ti) (OPi and OP5 in Figures 3a and 4a) are received by the units 508 and 520 at their inputs 506 and 518, respectively, and from these units two first components (OP3 or OP7 in FIGS. 3a and 4a) and the two second components (OP4 or OP8 in FIGS. 3a and 4a) are generated.
  • the first component OP3 is supplied by the unit 508 to its output 510.
  • the second component OP4 is supplied by the unit 508 to its output 512.
  • the first component OP7 is supplied by the unit 520 to its output 522 and the second component OP8 is supplied by the unit 520 to its output 524.
  • the unit 540 For calculating the radius of the circle K in Fig. 3 and the radii of the circles K 'and K "in Fig. 4, the unit 540 is provided with the inputs 502 and 504 of the mixing apparatus having associated inputs 532 and 534 of the unit 540, respectively In the case of the second embodiment, the unit 540, under control of the control line 546 from the control unit 530, routes the energies EA and EB as described above from the complex information signals vi (f, ti) supplied to the inputs 502 and 504. and V2 (f, ti) whereupon the unit 540 derives the radii of the circles K 'and K "(see FIG.
  • Output 538 of unit 540 is coupled to inputs 514 and 526 of units 508 and 520, respectively, for supplying the value of the radius of circle K 'to units 508 and 520.
  • the output 536 of the unit 540 is coupled to the inputs 516 and 528 of the units 508 and 520, respectively, for supplying the value of the radius of the circle K "to the units 508 and 520. It goes without saying that in the first exemplary embodiment in the unit 540 only one value of the radius of the circle K, see FIG. 3 a, is derived and fed to the units 508 and 520.
  • the mixing apparatus further includes a unit 548.
  • the unit 548 under the control of a control line 558 from the control unit 530, the two first components OP3 and OP7 generated by the units 508 and 520, respectively, to generate a first one
  • Combination component OP9 summarized, as already explained with reference to the figures 3b and 4b.
  • the outputs 510 of the unit 508 and 522 of the unit 520 are coupled to associated inputs 552 and 554 of the unit 548, respectively.
  • the unit 548 also needs the radius value of the circle K or K ', see FIGS. 3b and 4b. This could still be a coupling between the unit 540 and the unit 548 for
  • the unit 548 may derive the radius value of the circle K or K 'from the first two supplied to it
  • the coefficients ci and C2 are also required. It should be noted, however, that it will be explained later with reference to FIG. 7 that a coefficient less than the number N of the information signals is required.
  • the mixing device further includes a unit 550.
  • the unit 550 under the control of a control line 568 from the control unit 530, the two second ones
  • the outputs 512 of the unit 508 and 524 of the unit 520 are coupled to associated inputs 570 and 572 of the unit 550, respectively.
  • the unit 550 also needs the radius value of the circle K or K ", see Figures 3c and 4c, for which a coupling between the unit 540 and the unit 550 for supplying the value of the radius of the circle K or K" could be provided , Or the unit 550 may derive the radius value of the circle K or K "from the two second components OP4 and OP8 fed to it.
  • the coefficients ci and C2 are needed.
  • the inputs 560 and 562 of the mixing device are associated with it Inputs 574 and 576 of the unit 550 coupled.
  • the second combination component OP10 is then available.
  • the mixing device further includes a unit 580.
  • unit 580 under control via a control line 582 from the control unit 530, the first and second combination components OP9 and OP10 are combined to produce a result spectral value OP11, as described above in connection with FIGS. 3d and 4d.
  • the outputs 556 and 578 of the units 548 and 550 are coupled to associated inputs 584 and 586 of the unit 580, respectively.
  • An output 588 of the unit 580 is coupled to an output 590 of the mixing device.
  • the control unit 530 controls the units in the mixing apparatus in such a way that it always repeats two frequency-matching spectral values of the two complex ones
  • Information signals according to the steps of generating a result spectral value, as described with reference to FIG. 2, for obtaining the complex output information signal at the output 590.
  • the mixing device as described in FIG. 5 is implemented multiple times for simultaneously deriving the result spectral values m (f, ti).
  • the control unit 530 should then be designed accordingly to allow this parallel processing.
  • Fig. 6 shows an embodiment of a mixing device for mixing three
  • N 3
  • ci, C2 and C3 are the coefficients of the interpolation or extrapolation according to the invention.
  • Information signals vi (f, ti) and V2 (f, ti) and V3 (f, ti) are provided.
  • the input 602 is coupled to an input 606 of a unit 608.
  • the input 603 is coupled to an input 607 of a unit 617.
  • the input 604 is coupled to an input 618 of a unit 620.
  • the units 608, 617 and 620 together form a first unit for
  • Control via the control lines 642, 643 and 644 from a control unit 630, in the frequency corresponding spectral values vi (fi, ti) (OPi in Figures 3a and 4a), V2 (fi, ti) (OP5 in Figures 3a and 4a) and V3 (fi, ti) are received by the units 608, 617, and 620, respectively, at their inputs 606, 607, and 618, respectively, and from these units, the three first components (OP3, OP7, OP12) and the three second ones
  • Components (OP4, OP8, OP13) are generated.
  • the first component OP3 is supplied by the unit 608 to its output 610.
  • the second component OP4 is supplied by the unit 608 to its output 612.
  • the first component OP7 is supplied by the unit 617 to its output 611 and the second component OP8 is supplied by the unit 617 to its output 613.
  • the first component OP12 is supplied by the unit 620 to its output 622 and the second component OP13 is supplied by the unit 620 to its output 624.
  • the unit 640 For calculating the radius of the circle K in Fig. 3 or the radii of the circles K 'and K "in Fig. 4, the unit 640 is provided The inputs 602, 603 and 604 of the mixing device are connected to respective inputs 632 and 633, respectively 634 of the unit 640. In the case of the second embodiment, the unit 640 conducts under the control of
  • a first energy value Ei (fi, ti) is equal to: ABS (vi (fi, ti)) 2 .
  • a second energy value E2 (fi, ti) is equal to: ABS (v2 (fi, ti)) 2
  • a third energy value E3 (fi, ti) is equal to: ABS (v3 (fi, ti)) 2
  • the radius R of the circle K is now equal to: SQRT ⁇ (E1 + E2 + E3V3 ⁇
  • the unit 640 derives the radii of the circles K 'and K "(see FIG. 4a) from the energy values EA and EB as follows and makes them available at the outputs 638 and 636, respectively.
  • Ed should be bigger than zero again. On the other hand, Ed must not become too large, because then the division of at least one of the three spectral values into components would no longer be possible.
  • the radius R 'of the circle K' is now equal to: SQRT (EA).
  • the radius R "of the circle K" is now the same: SQRT (EB)
  • Output 638 of unit 640 is coupled to inputs 614, 615, and 626 of units 608, 617, and 620, respectively, for supplying the value of the radius of circle K 'to units 608, 617, and 620.
  • the output 636 of the unit 640 is coupled to the inputs 616, 619 and 628 of the units 608, 617 and 620, respectively, for supplying the value of the radius of the circle K "to the units 608, 617 and 620.
  • Connection line provided between the unit 640 and the units 608, 617 and 620.
  • the mixing device further includes a unit 648.
  • the unit 648 under the control of a control line 658 from the control unit 630, the first three become
  • Components OP3, OP7 and OP12 which were generated by the unit 608 or 617 or 620, for generating a first combination component OP19 summarized.
  • FIG. 7 shows in the complex plane the three components OP3, OP7 and OP12 and also the combination component OP19.
  • the component OP3 has an angle to an axis, e.g. the horizontal axis of the complex plane, equal to ⁇ .
  • the component OP7 has an angle to the horizontal axis equal to a2.
  • the component OP12 has an angle to the horizontal axis equal to 03.
  • the combination component OP19 has an angle to the horizontal axis equal to 0: 4.
  • the following relationship now applies between the angles ⁇ , 02, 03 and 04:
  • the outputs 610 of the unit 608, 611 of the unit 617 and 622 of the unit 620 are coupled to associated inputs 652, 654 and 655 of the unit 648, respectively.
  • the unit 648 needs the radius value of the circle K or K ', see Figures 3b and 4b.
  • a coupling between the unit 640 and the unit 648 for supplying the value of the radius of the circle K or K 'could be provided.
  • the unit 648 can do the Derive radius value of the circle K or K 'from the supplied to them three first components OP3, OP7 and OP12.
  • the derivation of the first combination component OP19 from OP3, OP7 and OP12 takes place in the unit 648 as already described in FIG. 7, using either the three coefficients ci, C2 and C3 or the two coefficients C2 and C3 as shown in FIG Formula (1) or (2) given above.
  • the mixing device further includes a unit 650.
  • unit 650 under the control of a control line 668 from the control unit 630, the three second ones
  • Components OP4, OP8 and OP13 which were generated by the unit 608 or 617 or 620, for generating a second combination component OP20 in the same manner as described with reference to the figure 7 summarized.
  • the outputs 612 of the unit 608, 613 of the unit 617 and 624 of the unit 620 are coupled to associated inputs 670, 672 and 673 of the unit 650, respectively.
  • the unit 650 also needs the radius value of the circle K or K ", see Figures 3c and 4c, for which a coupling between the unit 640 and the unit 650 for supplying the value of the radius of the circle K or K" could be provided , Or the unit 650 may derive the radius value of the circle K or K "from the three second components OP4, OP8 and OP13 fed to it.
  • Coefficients ci, C2 and C3 are needed.
  • the inputs 660, 662 and 663 of the mixer are coupled to associated inputs 674 and 676 and 677 of the unit 650, respectively.
  • the second combination component OP20 is then available at an output 678 of the unit 650.
  • the mixing device further comprises a unit 680.
  • the unit 680 under control via a control line 682 from the control unit 630, the first and second combination components OP19 and OP20 are combined to produce a result spectral value OP21, as described above in connection with FIGS. 3d and 4d.
  • the outputs 656 and 678 of the units 648 and 650, respectively are coupled to associated inputs 684 and 686 of the unit 680, respectively.
  • An output 688 of the unit 680 is coupled to an output 690 of the mixing device.
  • the control unit 630 controls the units in the mixing device in such a way that it always repeats three frequency-matching spectral values of the three complex ones Information signals according to the steps of generating a result spectral value, as described with reference to FIG. 2, for obtaining the complex output information signal at the output 690.
  • the mixing device as described in FIG. 6 is implemented multiple times for simultaneously deriving the result spectral values m (f, ti).
  • a fourth input in addition to the inputs 602, 603 and 604 in FIG. 6, for receiving a fourth complex information signal v 4 (f, ti),
  • Dividing the frequency-matching frequency values in first and second components, and combining the first and second components means the use of an assumption that the sound field consists of the superposition of two direct sound fields, each of which corresponds to one of the assumed direct sound fields.
  • a mixture interpolation or extrapolation
  • the use of the assumption leads to the mixed
  • Sound field results from the sound waves of up to two sound sources.
  • the equality of the energies of all first components means that the energies of the first components do not have to be interpolated or extrapolated, but the energy of the first interpolated or extrapolated component can simply be equated with them. The latter is done like this. As a result, the first interpolation or extrapolation reduces to an interpolation or extrapolation of the phases of the first components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von N Informationszeitsignalen (s1(t),S2(t),...), die je erst im Frequenzbereich umgesetzt sind in einen von N komplexen Informationssignalen (v1(f,t1), V2(f,t1),....), wobei N eine ganze Zahl ist grösser als 1. Folgende Schritte werden dabei durchgeführt. In einer Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der N komplexen Informationssignalen werden je umgesetzt in eine erste und eine zweite Komponente (208). Die N ersten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektral werten werden zusammengenommen zu einer ersten Kombinationskomponente (210). Die N zweiten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte werden zusammengenommen zu einer zweiten Kombinationskomponente (212). Die erste und zweite Kombinationskomponente werden zusammengenommen zu einem Ergebnisspektralwert (214). Die oben angegebenen Schritte werden auch durchgeführt für anderen in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der N komplexen Informationssignalen zum Erzeugen von anderen Ergebnisspektralwerten (216, 220). Die so erhaltene Ergebnisspektralwerte werden zu einem komplexen Ausgangsinformationssignal zusammengefasst (m(f,t1)).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM MISCHEN VON N INFORMATIONSSIGNALEN
BESCHREIBUNGSEINLEITUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von N Informationszeitsignalen, die jeweils erst vom Zeitbereich zum Frequenzbereich in eines von N komplexen Informationssignalen umgesetzt sind, wobei N eine ganze Zahl größer als l ist. Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung wird z.B. zum Interpolieren bzw. Extrapolieren von Mikrofonsignalen eingesetzt.
Aus EP 2994094B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem aus mindestens zwei Mikrofonsignalen durch Mischung der Mikrofonsignale ein interpoliertes bzw.
extrapoliertes Signal erzeugt wird.
Das bekannte Verfahren bezieht sich auf Anwendungen, bei denen sich Mikrofone in einem Schallfeld befinden, wo sie eine Schallfeldmessgröße (z. B. den Schalldruck) an ihren jeweiligen Mikrofonpositionen in Mikrofonsignale umwandeln, und bei denen eine
Schätzung des Wertes der Schallfeldmessgröße außerhalb der Mikrofonpositionen gewünscht ist, und zwar an einer aus den Mikrofonpositionen interpolierten bzw. extrapolierten
Position.
Bei dem bekannten Verfahren ist das interpolierte bzw. extrapolierte Signal der
Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position ähnlich. Das bekannte Verfahren verwendet eine energiebezogene Gewichtung von komplexen Spektralwerten sowie eine Summation der gewichteten komplexen Spektralwerte, welche eine Korrektur beinhaltet, um einen Energiefehler auszugleichen. Durch die Korrektur hat bei dem bekannten Verfahren das interpolierte bzw. extrapolierte Signal die Eigenschaft, in seiner mittleren Energie von dem Wert der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw.
extrapolierten Position höchstens unwesentlich abzuweichen, und behält diese Eigenschaft auch dann, wenn das Schallfeld aus den Schallwellen von mehr als einer Schallquelle resultiert. Die Faktoren der Gewichtung bei dem bekannten Verfahren werden aus den Koeffizienten in der rechnerischen Darstellung der interpolierten bzw. extrapolierten, "virtuellen" Position abgeleitet.
Im bekannten Verfahren gleicht die Phase des interpolierten bzw. extrapolierten Signals nicht der Phase der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position. Dieses ist bei dem bekannten Verfahren bereits im Fall eines von einer einzelnen Schallquelle ausgehenden, direkten Schallfeldes gegeben. Im Fall, dass das Schallfeld aus den
Schallwellen von mehr als einer Schallquelle resultiert, weicht bei dem bekannten Verfahren das interpolierte bzw. extrapolierte Signal in seiner Phase von der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position noch stärker ab. Weiter ist beim bekannten Verfahrens eine Extrapolation über mehr als den einfachen Abstand der Mikrofone hinaus nicht möglich. Bei den Mikrofonsignalen und den genannten interpolierten bzw.
extrapolierten Signalen handelt es sich um komplexwertige Signale, die auf übliche Weise den Zustand einer Größe, im vorliegenden Fall der Schallfeldmessgröße, bezogen auf eine Frequenz beschreiben.
Eine interpolierte bzw. extrapolierte Position wird gewöhnlich als eine Mischung der als Vektoren interpretierten Positionen rechnerisch dargestellt, insbesondere als eine mit Koeffizienten gewichtete Summe der Vektoren, wobei als zusätzliche Bedingung festgelegt wird, dass die Summe der Koeffizienten gleich l ist. Die Anzahl der Dimensionen der Interpolation bzw. Extrapolation wird durch die zusätzliche Bedingung um l geringer als die Anzahl der Positionen. Zum Beispiel beschreibt man auf diese Weise im Fall von 2 Positionen eine eindimensional interpolierte bzw. extrapolierte Position auf der geraden Linie durch die Positionen, oder im Fall von 3 Positionen eine zweidimensional interpolierte bzw.
extrapolierte Position in der ebenen Fläche durch die Positionen, oder im Fall von 4
Positionen eine dreidimensional interpolierte bzw. extrapolierte Position im Raum.
Die Koeffizienten stehen als Steuerparameter für die Aufgabe der Erfindung zur Verfügung.
Es sei darauf hingewiesen, dass für den Fall eines von einer einzelnen Schallquelle ausgehenden, direkten Schallfeldes eine sinnvolle Aussage über die Phase der
Schallfeldmessgröße an einer interpolierten bzw. extrapolierten Position möglich ist, weil ein physikalisch-gesetzmäßiger Zusammenhang der Phase und der Position im Raum besteht, welcher unter Annahme einer ebenen Wellenfront als lineare Funktion angenähert werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass für den Fall eines diffusen Schallfeldes eine sinnvolle Aussage über die Energie der Schallfeldmessgröße an einer interpolierten bzw. extrapolierten Position möglich ist, weil ein physikalisch-gesetzmäßiger Zusammenhang der Energie und der Position im Raum besteht, welcher unter Annahme einer zeitlichen Mittelung als konstant angenähert werden kann.
In vielen praktischen Anwendungen liegt ein Schallfeld vor, das aus den Schallwellen von mehr als einer Schallquelle oder aus einer Überlagerung von direktem Schall und diffusem Schall resultiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist, die Erzeugung eines interpolierten bzw. extrapolierten Signals aus mindestens zwei Mikrofonsignalen weiter zu verbessern. Die Mikrofone, welche eine Schallfeldmessgröße in die Mikrofonsignale umwandeln, befinden sich dabei an verschiedenen Mikrofonpositionen in einem Schallfeld.
Ziel ist es, dass das interpolierte bzw. extrapolierte Signal, soweit wie möglich, in seiner Phase und in seiner Energie von dem Wert, den die Schallfeldmessgröße an einer aus den Mikrofonpositionen interpolierten bzw. extrapolierten Position hat, höchstens unwesentlich abweicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Ansprüche 2 bis 10 definiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gemäß Anspruch 11 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind durch die Ansprüche 12 und 13 definiert.
Die Erfindung wird in der folgenden Figurenbeschreibung weiter beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden
Figurenbeschreibung näher beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1, wie das Mischen von (N =) zwei komplexen Informationssignalen gemäß der
Erfindung realisiert wird,
Fig. 2 ein Flussdiagramm des Mischverfahrens gemäß der Erfindung,
Fig. 3, wie das Mischen von (N =) zwei in der Frequenz übereinstimmenden Vektoren der (N =) zwei komplexen Informationssignale gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird,
Fig. 4, wie das Mischen von zwei in der Frequenz übereinstimmenden Vektoren der (N =) 2 komplexen Informationssignale gemäß einer zweiten Variante durchgeführt wird,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung zum Mischen von (N =) zwei
Informationssignalen, die jeweils erst vom Zeitbereich zum Frequenzbereich umgesetzt sind,
Fig.6 ein Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung zum Mischen von (N =) drei
Informationssignalen, die jeweils erst vom Zeitbereich zum Frequenzbereich umgesetzt sind, und
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Ableitung einer Kombinationskomponente aus drei ersten Komponenten.
DETAILLIERTE FIGURENBESCHREIBUNG Das erfindungsgemäße Mischverfahren wird zuerst an Hand von Fig. l näher erläutert. Wir gehen dabei von zwei Informationssignalen, wie zwei Mikrofonsignalen, aus, die miteinander gemischt werden, zum Beispiel für eine Interpolation oder Extrapolation der
Mikrofonsignale.
Das Ergebnissignal, das durch die Mischung erzeugt wird, kann bei einer Interpolation dann mit einem Mikrofonsignal eines fiktiven Mikrofons, das sich an einer Stelle zwischen den zwei Mikrofonen auf der Verbindungslinie durch die zwei Mikrofone befindet, gleichgestellt werden. Bei einer Extrapolation kann das Ergebnissignal dann mit einem Mikrofonsignal eines fiktiven Mikrofons, das sich an einer Stelle außerhalb der beiden Mikrofone auf der Verbindungslinie durch die zwei Mikrofone befindet, gleichgestellt werden.
Die zwei Mikrofonsignale als Funktion der Zeit sind in Fig. l mit si(t) und S2(t) angedeutet. Diese Signale werden zuerst mittels einer Transformation vom Zeitbereich in den
Frequenzbereich umgewandelt. Dazu werden die in einem mit Wi angedeuteten Zeitintervall liegenden Zeitsignale in den Frequenzbereich umgewandelt. Diese Umwandlung kann z. B. mittels einer Fouriertransformation stattfinden. Dadurch entstehen transformierte komplexe Informationssignale vi(f,ti) bzw. V2(f,ti) als Funktion der Frequenz f.
Danach werden in der Frequenz übereinstimmende komplexe Spektralwerte vi(fi,ti) und V2(fi,ti) der zwei transformierten komplexen Informationssignale in einem Mischverfahren, in Fig. l schematisch mit der Referenznummer 100 angedeutet, zum Erhalten eines
Ergebnisspektralwerts m(fi,ti) gemischt. Dieses Verfahren, das später näher erläutert wird, wird danach für aufeinanderfolgende in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte vi(f2, ) und v2(f2,ti) wiederholt. Dieses wiederholte Verfahren ist in Fig. l schematisch mit der Referenznummer 101 angedeutet, und führt zu einem Ergebnisvektor m(f2,ti). Dieses Mischverfahren wird immer weiter wiederholt, um ein komplexes
Ausgangsinformationssignal m(f,ti) als Funktion der Frequenz zu erhalten.
Es sei hier erwähnt, dass das durch die Blöcke 100 und 101 in Fig. ι angegebene
Mischverfahren somit nacheinander durch zeitliche Wiederholung durchgeführt werden kann, oder parallel zueinander zu gleicher Zeit durchgeführt werden kann, sodass in einem Systemtakt der Steuerung des Mischverfahrens das komplexe Ausgangsinformationssignal m(f,ti) erzeugt werden kann.
Nach einer Rücktransformation des komplexen Ausgangsinformationssignals m(f,ti) vom Frequenzbereich in den Zeitbereich, wie z. B. mittels einer inversen Fouriertransformation, wird dann das gemischte Zeitsignal Sc(t) im Zeitintervall Wi erhalten.
Das jetzt beschriebene Verfahren kann dann für ein darauffolgendes Zeitintervall wiederholt werden, wie es durch W2 in Fig. 1 angegeben ist. Figur 2 zeigt in einem Flussdiagramm erläutert, wie die Mischung von zwei in der Frequenz übereinstimmenden komplexen Spektralwerten stattfindet. Nach dem Start des Verfahrens, im Block 202, werden zuerst im Block 204 die N (N ist in diesem Fall gleich zwei)
Mikrofonsignale si(t) und S2(t) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich umgesetzt. Dadurch entstehen N (= 2) transformierte komplexe Informationssignale vi(f,ti) und V2(f,ti). Danach werden im Block 206 N (gleich zwei) in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der N (= 2) komplexen Informationssignale ausgewählt. Das sind z. B. die Spektralwerte vi(fi,ti) und v2(fi,ti) für einen ersten Frequenzwert fi aus Fig. 1.
Erfindungsgemäß wird jetzt im Block 208 (in Fig. 2 auch als Schritt A angedeutet) jeder der (N =) zwei komplexen Spektralwerte in eine erste Komponente und eine zweite Komponente umgesetzt. Dies wird später an Hand von Fig. 3a weiter erläutert. Im Block 210 (auch als Schritt B angedeutet) werden die ersten Komponenten der (N =) zwei komplexen
Spektralwerte zu einer ersten Kombinationskomponente zusammengefasst. Dies wird später an Hand von Fig. 3b näher erläutert. Im nächsten Block 212 (in Fig. 2 auch als Schritt C angedeutet) werden die zweiten Komponenten der (N =) zwei komplexen Spektralwerte zu einer zweiten Kombinationskomponente zusammengefasst. Dies wird später an Hand von Fig. 3c näher erläutert. Danach werden in Block 214 (in Fig. 2 auch als Schritt D angedeutet) die erste Kombinationskomponente und die zweite Kombinationskomponente zum Erhalten eines Ergebnisspektralwerts zusammengefasst. Dies wird später an Hand von Fig. 3d näher erläutert. Auf diese Weise wurde somit aus den zwei Spektralwerten vi(fi,ti) und V2(fi,ti) der Ergebnisspektralwert m(fi,ti) abgeleitet. Das Verfahren wird jetzt für die nächsten (N =) zwei in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte vi(f2,ti) und V2(f2,ti) für einen nächsten Frequenzwert f2 wiederholt. Dies wird in Fig. 2 durch die Blöcke 216 und 222 angegeben. Im Block 216 wird festgestellt, dass noch nicht alle Spektralwerte durch das Verfahren verarbeitet worden sind. In Block 222 werden die (N =) zwei nächsten in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der beiden komplexen Informationssignale ausgewählt und an den Block 208 weitergeleitet. Danach wird das auf die Spektralwerte vi(f2,ti) und V2(f2,ti) angewendete erfindungsgemäße Verfahren zum Erhalten des Ergebnisspektralwerts m(f2,ti) durchgeführt.
Das Verfahren wird so für alle in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der (N =) zwei komplexen Informationssignale durchgeführt, bis in Block 218 das komplexe
Ausgangsinformationssignal m(f,ti) erhalten ist. Danach wird in Block 220 durch eine Rücktransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich das komplexe
Ausgangsinformationssignal in das gemischte Zeitsignal Sc(t) umgesetzt.
Auch hier gilt, dass in einem anderen Ausführungsbeispiel des Flussdiagramms die Blöcke 206 bis 214 zu gleicher Zeit parallel zueinander zum direkten Erhalten des komplexen Ausgangsinformationssignals m(f,ti) durchgeführt werden können. In Fig. 3 wird das Verfahren, wie es in den Blöcken 208 bis 214 in Fig. 2 durchgeführt wird, näher erläutert. Fig. 3a zeigt die beiden in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte vi(fi,ti) und V2(fi,ti) in einer komplexen Ebene eingetragen als die Vektoren OPi bzw. OP5, wobei O der Ursprung der komplexen Ebene ist. In Block 208 wird der Spektralwert vi(fi,ti) (= OPi) in eine erste Komponente OP3 und eine zweite Komponente OP4 umgesetzt. Die erste Komponente OP3 und die zweite Komponente OP4 werden derart gewählt, dass sie bei einer komplexwertigen Addierung der Komponenten OP3 und OP4 den Spektralwert OPi ergeben. In Block 208 wird weiter der Spektralwert V2(fi,ti) (= OP5) in eine erste
Komponente OP7 und eine zweite Komponente OP8 umgesetzt. Die erste Komponente OP7 und die zweite Komponente OP8 werden derart gewählt, dass sie bei einer komplexwertigen Addierung der Komponenten OP7 und OP8 den Spektralwert OP5 ergeben.
Die Endpunkte der ersten Komponenten OP3 und OP7 und der zweiten Komponenten OP4 und OP8 liegen auf einem Kreis K. Dies bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Amplituden bzw. Vektorlängen der ersten und zweiten Komponenten einander gleich sind. Der Radius des Kreises K ist abhängig von den Absolutwerten
(Beträgen) der beiden Spektralwerten vi(fi,ti) und V2(fi,ti). Insbesondere gilt folgendes:
Ein erster Energiewert Ei(fi,ti) ist gleich: ABS(vi(fi,ti))2.
Ein zweiter Energiewert E2(fi,ti) ist gleich: ABS(v2(fi,ti))2
Der Radius R des Kreises K ist jetzt gleich: SQRT{(Ei+E2)/2>.
Der Wurzel aus dem arithmetischen Mittel der Energiewerte ist somit ein Maß für den Radius.
Die Festlegung des Radius in diesem ersten Ausführungsbeispiel bedeutet die Verwendung einer Annahme, dass das Schallfeld aus der Überlagerung von zwei direkten Schallfeldern bestehe, wobei die zwei angenommenen direkten Schallfelder gleichberechtigt sind, und bewirkt damit, dass die Schätzung des Wertes der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position (English: location) weitestmöglich unabhängig davon ist, ob ein direkter Schallfeldanteil im Schallfeld existiert.
Fig. 3b zeigt, wie in Block 210 (Schritt B) die ersten Komponenten OP3 und OP7 zu einer ersten Kombinationskomponente OP9 zusammengefasst werden. Der Endpunkt P9 der ersten Kombinationskomponente wird dabei wie folgt festgelegt.
Zuerst wird dazu in diesem Abschnitt die Bestimmung der Koeffizienten einer Mischung, z. B. einer Interpolation bzw. Extrapolation, beschrieben. Eine aus gegebenen Positionen interpolierte bzw. extrapolierte Position lässt sich bekanntlich rechnerisch darstellen, beispielsweise durch eine Linearkombination, welche im Folgenden benutzt werden soll. Ist eine Mischung eine Interpolation bzw. Extrapolation, so ist die Summe der Koeffizienten der Linearkombination gleich 1. Eine rechnerische Darstellung einer aus gegebenen zwei Positionen Li und L2 eindimensional linear interpolierten bzw. extrapolierten Position L ist
L = Li * ci + L2 * C2, wobei ci und C2 Koeffizienten sind, mit ci + C2 = l .
Werden für Li und L2 die Mikrofonpositionen der die entsprechenden Mikrofonsignale si(t) und S2(t) abgebenden Mikrofone eingesetzt, so sind ci und C2 die Koeffizienten der erfindungsgemäßen Interpolation bzw. Extrapolation.
Eine Interpolation der ersten Komponenten OP3 und OP7 führt in Fig. 3b zu einer
Kombinationskomponente OP9. Dabei teilt der Punkt P9 den Kreisabschnitt P3 - K - P7 in zwei Teile derart, dass gilt:
(Bogenlänge des Kreisabschnitts P3 - P9) / (Bogenlänge des Kreisabschnitts P9 - P7) = ci /
C2.
Fig. 3c zeigt, wie in Block 212 (Schritt C) die zweiten Komponenten OP4 und OP8 zu einer zweiten Kombinationskomponente OP10 zusammengefasst werden. Der Endpunkt P10 der zweiten Kombinationskomponente wird dabei wie folgt festgelegt.
Wie oben bereits in Verbindung mit Fig. 3b beschrieben, wird auch in Fig. 3c den
Kreisabschnitt P4 - K - P8 in zwei Teile geteilt, und zwar durch den Punkt P10. Dabei teilt der Punkt P10 den Kreisabschnitt P4 - K - P8 in zwei Teile derart, dass gilt:
(Bogenlänge des Kreisabschnitts P4 - P10) / (Bogenlänge des Kreisabschnitts P10 - P8) = ci
/ C2.
Fig. 3d zeigt, wie in Block 214 (Schritt D) die erste Kombinationskomponente OP9 und die zweite Kombinationskomponente OP10 zu einem Ergebnisspektralwert OP11
zusammengefasst werden. Dies wird durch eine komplexwertige Addierung der
Kombinationskomponenten OP9 und OP10 realisiert.
Die oben an Hand von Fig. 3 beschriebenen Schritte, werden somit wiederholt nacheinander oder parallel zueinander ausgeführt, wie auch in Verbindung mit Fig. 2 besprochen, zum Erhalten des komplexen Ausgangsinformationssignals im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
Dabei wird noch zusätzlich erwähnt, dass die Radiusberechnung immer wieder für neue Paare von komplexen Spektralwerten, wie vi(f2,ti) und V2(f2,ti), aufs Neue durchgeführt werden muss. Im oben beschriebenen Verfahren wurde eine Mischung durchgeführt, die zu einer
Interpolation der beiden Informationszeitsignale geführt hat. Dies deshalb, weil ci und C2 beide positiv und kleiner als eins waren. Das oben beschriebene Verfahren könnte auch zu einer Extrapolation führen. In diesem Fall wäre einer der zwei Koeffizienten ci oder C2 negativ und der andere größer als eins, wobei noch immer gelten würde: ci + C2 = l. Dies würde bedeuten, dass die Punkte P9 und P10 noch immer auf dem Kreis liegen, jedoch außerhalb des Abschnittes P3 - K - P7 bzw. P4 - K - P8.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel, das an Hand der Fig. 4 weiter auseinandergesetzt wird, wird die Mischung der beiden komplexen Informationssignalen wie folgt ausgeführt. Fig. 4a zeigt wieder die beiden in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte vi(fi,ti) und V2(fi,ti) in der komplexen Ebene eingetragen als die Vektoren OPi bzw. OP5, wobei O der Ursprung der komplexen Ebene ist. In Block 208 wird der Spektralwert vi(fi,ti) (=OPi) in eine erste Komponente OP3 und eine zweite Komponente OP4 umgesetzt. Die erste
Komponente OP3 und die zweite Komponente OP4 werden derart gewählt, dass sie bei einer komplexwertigen Addierung der Komponenten OP3 und OP4 den Spektralwert OPi ergeben. In Block 208 wird weiter der Spektralwert V2(fi,ti) (=OP5) in eine erste Komponente OP7 und eine zweite Komponente OP8 umgesetzt. Die erste Komponente OP7 und die zweite
Komponente OP8 werden derart gewählt, dass sie bei einer komplexwertigen Addierung der Komponenten OP7 und OP8 den Spektralwert OP5 ergeben.
Die Endpunkte der ersten Komponenten OP3 und OP7 liegen auf einem Kreis K' . Dies bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Amplituden bzw.
Vektorlängen der ersten Komponenten OP3 und OP7 einander gleich sind. Die Endpunkte der zweiten Komponenten OP4 und OP8 liegen auf einem Kreis K". Dies bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Amplituden bzw. Vektorlängen der zweiten Komponenten OP4 und OP8 einander gleich sind.
Die Radien der beiden Kreise K' und K" sind jetzt einander ungleich, jedoch wiederum abhängig von den Absolutwerten (Beträgen) der beiden Spektralwerte vi(fi,ti) und V2(fi,ti).
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass eines der zwei
angenommenen direkten Schallfelder überwiegt, und damit bewirkt, dass die Schätzung des Wertes der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position für denjenigen direkten Schallfeldanteil möglichst genau ist, der im Schallfeld überwiegt.
Insbesondere gilt folgendes für die Berechnung der Radien:
Figure imgf000010_0001
EB = (Ei+E2)/2 - Ed Ed sollte größer als null sein. Ed darf andererseits nicht zu groß werden, denn dann wäre die Aufteilung von einem der zwei Spektralwerte in Komponenten nicht mehr möglich. Es wäre dies derjenige mit der kleineren Vektorlänge, hier also OP5 in Fig. 4a, und es ist beispielhaft der Grenzfall des maximalen Wertes für Ed dargestellt, bei dem die Aufteilung gerade noch möglich ist, und der daran erkennbar ist, dass der Spektralwert OP5 mit seinen
Komponenten OP7 und OP8 kollinear ist.
Der Radius R' des Kreises K' ist jetzt gleich: SQRT (EA).
Der Radius R" des Kreises K" ist jetzt gleich: SQRT (EB)
Fig. 4b zeigt, wie in Block 210 (Schritt B) die ersten Komponenten OP3 und OP7 zu einer ersten Kombinationskomponente OP9 zusammengefasst werden. Der Endpunkt P9 der ersten Kombinationskomponente wird dabei wieder in gleicher Weise festgelegt, wie oben bereits an Hand der Fig. 3b beschrieben.
Der Punkt P9 teilt den Kreisabschnitt P3 - K' - Vy in zwei Teile derart, dass gilt: (Bogenlänge des Kreisabschnitts P3 - P9) / (Bogenlänge des Kreisabschnitts P9 - P7) = ci /
C2.
Fig. 4c zeigt, wie in Block 212 (Schritt C) die zweiten Komponenten OP4 und OP8 zu einer zweiten Kombinationskomponente OP10 zusammengefasst werden. Der Endpunkt P10 der zweiten Kombinationskomponente wird dabei wie folgt festgelegt.
Wie oben bereits in Verbindung mit Fig. 4b beschrieben, wird auch in Fig. 4c der
Kreisabschnitt P4 - K" - P8 in zwei Teile geteilt, und zwar durch den Punkt P10. Dabei teilt der Punkt P10 den Kreisabschnitt P4 - K" - P8 in zwei Teile derart, dass gilt: (Bogenlänge des Kreisabschnitts P4 - P10) / (Bogenlänge des Kreisabschnitts P10 - P8) = ci / C2.
Fig. 4d zeigt, wie in Block 214 (Schritt D) die erste Kombinationskomponente OP9 und die zweite Kombinationskomponente OP10 zu einem Ergebnisspektralwert OP11
zusammengefasst werden. Dies wird durch eine komplexwertige Addierung der
Kombinationskomponenten OP9 und OP10 realisiert.
Die oben an Hand von Fig. 4 beschriebenen Schritte werden somit wiederholt nacheinander oder parallel zueinander ausgeführt, wie auch in Verbindung mit Fig. 2 besprochen, zum Erhalten des komplexen Ausgangsinformationssignals im zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
Dabei sei noch zusätzlich erwähnt, dass die Radienberechnung immer wieder für neue Paare von komplexen Spektralwerten, wie vi(f2,ti) und V2(f2,ti), aufs Neue durchgeführt werden muss. Im oben beschriebenen Verfahren wurde eine Mischung durchgeführt, die zu einer
Interpolation der beiden Informationszeitsignale geführt hat. Dies deshalb, weil ci und C2 beide positiv und kleiner als eins waren. Das oben beschriebene Verfahren kann auch zu einer Extrapolation führen. In diesem Fall wäre einer der zwei Koeffizienten ci oder C2 negativ und der andere größer als 1, wobei noch immer gelten würde: ci + C2 = 1.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens, wie es oben beschrieben ist. Eingänge 502 und 504 sind zum Empfangen der (N =) zwei komplexen Informationssignale vi(f,ti) bzw. V2(f,ti) vorgesehen. Der Eingang 502 ist mit einem Eingang 506 einer Einheit 508 gekoppelt. Der Eingang 504 ist mit einem Eingang 518 einer Einheit 520 gekoppelt. Die Einheiten 508 und 520 bilden zusammen eine erste Einheit zum Umsetzen von jedem der in einer Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der (N =) zwei komplexen Informationssignale in eine erste und eine zweite Komponente, wie es an Hand der Figuren 3a bzw. 4a beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass, unter Einfluss einer Steuerung über die Steuerleitungen 542 und 544 aus einer Steuereinheit 530, in der
Frequenz übereinstimmende Spektralwerte vi(fi,ti) und V2(fi,ti) (OPi bzw. OP5 in den Figuren 3a und 4a) von den Einheiten 508 bzw. 520 an ihren Eingängen 506 bzw. 518 aufgenommen werden und daraus durch diese Einheiten die zwei ersten Komponenten (OP3 bzw. OP7 in den Figuren 3a und 4a) und die zwei zweiten Komponenten (OP4 bzw. OP8 in den Figuren 3a und 4a) erzeugt werden. Die erste Komponente OP3 wird durch die Einheit 508 an ihren Ausgang 510 zugeführt. Die zweite Komponente OP4 wird durch die Einheit 508 an ihren Ausgang 512 zugeführt. Die erste Komponente OP7 wird durch die Einheit 520 an ihren Ausgang 522 zugeführt und die zweite Komponente OP8 wird durch die Einheit 520 an ihren Ausgang 524 zugeführt.
Zum Berechnen des Radius des Kreises K in Fig. 3 bzw. der Radien der Kreise K' und K" in Fig. 4 ist die Einheit 540 vorgesehen. Die Eingänge 502 und 504 der Mischvorrichtung sind mit zugehörigen Eingängen 532 bzw. 534 der Einheit 540 gekoppelt. Im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels leitet die Einheit 540, unter Steuerung über die Steuerleitung 546 aus der Steuereinheit 530, die Energien EA und EB, wie oben beschrieben, aus den an die Eingänge 502 und 504 zugeführten komplexen Informationssignalen vi(f,ti) und V2(f,ti) ab. Darauf leitet die Einheit 540 aus den Energiewerten EA und EB die Radien der Kreise K' und K" (siehe Fig. 4a) ab und stellt sie an den Ausgängen 538 bzw. 536 zur Verfügung. Der Ausgang 538 der Einheit 540 ist zum Zuführen des Wertes des Radius des Kreises K' zu den Einheiten 508 und 520 mit den Eingängen 514 und 526 der Einheiten 508 bzw. 520 gekoppelt. Der Ausgang 536 der Einheit 540 ist zum Zuführen des Wertes des Radius des Kreises K" zu den Einheiten 508 und 520 mit den Eingängen 516 und 528 der Einheiten 508 bzw. 520 gekoppelt. Es spricht für sich selbst, dass im ersten Ausführungsbeispiel in der Einheit 540 nur ein Wert des Radius des Kreises K, siehe Fig. 3a, abgeleitet wird und an die Einheiten 508 und 520 zugeführt wird. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist dann nur eine Verbindungsleitung vorgesehen zwischen der Einheit 540 und den Einheiten 508 und 520. Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 548. In der Einheit 548 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 558 aus der Steuereinheit 530, die zwei ersten Komponenten OP3 und OP7, die von der Einheit 508 bzw. 520 erzeugt wurden, zum Erzeugen einer ersten
Kombinationskomponente OP9 zusammengefasst, wie an Hand der Figuren 3b und 4b bereits auseinandergesetzt wurde. Dazu sind die Ausgänge 510 der Einheit 508 und 522 der Einheit 520 mit zugehörigen Eingängen 552 bzw. 554 der Einheit 548 gekoppelt. Auch braucht die Einheit 548 den Radiuswert des Kreises K bzw. K' , siehe die Figuren 3b und 4b. Dazu könnte noch eine Kopplung zwischen der Einheit 540 und der Einheit 548 zum
Zuführen des Wertes der Radius des Kreises Kbzw. K' vorgesehen sein. Oder die Einheit 548 kann den Radiuswert des Kreises K bzw. K' aus den an sie zugeführten zwei ersten
Komponenten OP3 und OP7 ableiten.
Zum Ableiten der ersten Kombinationskomponente werden auch noch die Koeffizienten ci und C2 benötigt. Es sei hier jedoch erwähnt, dass später an Hand der Figur 7 erläutert wird, dass ein Koeffizient weniger als die Anzahl N der Informationssignale benötigt wird.
Diese zwei Koeffizienten werden über Eingänge 560 bzw. 562, bzw. dieser eine Koeffizient wird über nur einen Eingang, entweder 560 oder 562, an die Mischvorrichtung zugeführt. Diese Eingänge sind mit zugehörigen Eingängen 564 bzw. 566 der Einheit 548 gekoppelt. An einem Ausgang 556 der Einheit 548 steht dann die erste Kombinationskomponente OP9 zur Verfügung.
Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 550. In der Einheit 550 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 568 aus der Steuereinheit 530, die zwei zweiten
Komponenten OP4 und OP8, die von der Einheit 508 bzw. 520 erzeugt wurden, zum
Erzeugen einer zweiten Kombinationskomponente OP10 zusammengefasst, wie an Hand der Figuren 3c und 4c bereits auseinandergesetzt wurde. Dazu sind die Ausgänge 512 der Einheit 508 und 524 der Einheit 520 mit zugehörigen Eingängen 570 bzw. 572 der Einheit 550 gekoppelt. Auch braucht die Einheit 550 den Radiuswert des Kreises K bzw. K", siehe die Figuren 3c und 4c. Dazu könnte noch eine Kopplung zwischen der Einheit 540 und der Einheit 550 zum Zuführen des Wertes des Radius des Kreises K bzw. K" vorgesehen sein. Oder die Einheit 550 kann den Radiuswert des Kreises K bzw. K" aus den an sie zugeführten zwei zweiten Komponenten OP4 und OP8 ableiten.
Zum Ableiten der zweiten Kombinationskomponente werden auch noch die Koeffizienten ci und C2 benötigt. Die Eingänge 560 bzw. 562 der Mischvorrichtung sind dazu mit zugehörigen Eingängen 574 bzw. 576 der Einheit 550 gekoppelt. An einem Ausgang 578 der Einheit 550 steht dann die zweite Kombinationskomponente OP10 zur Verfügung.
Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 580. In der Einheit 580 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 582 aus der Steuereinheit 530, die ersten und zweiten Kombinationskomponenten OP9 und OP10 zum Erzeugen eines Ergebnisspektralwerts OP11 zusammengefasst, wie es auch oben in Zusammenhang mit den Figuren 3d und 4d beschrieben wurde. Dazu sind die Ausgänge 556 und 578 der Einheiten 548 bzw. 550 mit zugehörigen Eingängen 584 bzw. 586 der Einheit 580 gekoppelt. Ein Ausgang 588 der Einheit 580 ist mit einem Ausgang 590 der Mischvorrichtung gekoppelt.
Die Steuereinheit 530 steuert die Einheiten in der Mischvorrichtung derart, dass wiederholt immer zwei in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der zwei komplexen
Informationssignale gemäß den Schritten zum Erzeugen eines Ergebnisspektralwerts, wie an Hand der Figur 2 beschrieben, zum Erhalten des komplexen Ausgangsinformationssignals am Ausgang 590 durchgeführt werden. Oder die Mischvorrichtung wie in Fig. 5 beschrieben ist zum gleichzeitigen Ableiten der Ergebnisspektralwerte m(f,ti) mehrfach realisiert. Die Steuereinheit 530 sollte dann demgemäß ausgeführt sein, um diese Parallelverarbeitung zu ermöglichen.
Fig.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung zum Mischen von drei
Informationssignalen, die jeweils erst vom Zeitbereich zum Frequenzbereich umgesetzt sind.
In diesem Fall ist N = 3, und eine rechnerische Darstellung einer aus gegebenen drei Positionen Li, L2 und L3 zweidimensional linear interpolierten bzw. extrapolierten Position L ist
L = Li * ci + L2 * C2 + L3 * C3, wobei ci, C2 und C3 Koeffizienten sind, mit ci + C2 + C3 = 1 .
Werden für Li, L2 und L3 die Mikrofonpositionen der die entsprechenden Mikrofonsignale si(t) S2(t) und S3(t) abgebenden Mikrofone eingesetzt, so sind ci, C2 und C3 die Koeffizienten der erfindungsgemäßen Interpolation bzw. Extrapolation.
Eingänge 602, 603 und 604 sind zum Empfangen der (N =) drei komplexen
Informationssignale vi(f,ti) bzw. V2(f,ti) bzw. V3(f,ti) vorgesehen. Der Eingang 602 ist mit einem Eingang 606 einer Einheit 608 gekoppelt. Der Eingang 603 ist mit einem Eingang 607 einer Einheit 617 gekoppelt. Der Eingang 604 ist mit einem Eingang 618 einer Einheit 620 gekoppelt. Die Einheiten 608, 617 und 620 bilden zusammen eine erste Einheit zum
Umsetzen von jedem der in einer Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der (N =) drei komplexen Informationssignale in eine erste und eine zweite Komponente, wie es an Hand der Figuren 3a bzw. 4a beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass, unter Einfluss einer
Steuerung über die Steuerleitungen 642, 643 und 644 aus einer Steuereinheit 630, in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte vi(fi,ti) (OPi in den Figuren 3a und 4a), V2(fi,ti) (OP5 in den Figuren 3a und 4a) und V3(fi,ti) von den Einheiten 608 bzw. 617 bzw. 620 an ihren Eingängen 606 bzw. 607 bzw. 618 aufgenommen werden und daraus durch diese Einheiten die drei ersten Komponenten (OP3, OP7, OP12) und die drei zweiten
Komponenten (OP4, OP8, OP13) erzeugt werden. Die erste Komponente OP3 wird durch die Einheit 608 an ihren Ausgang 610 zugeführt. Die zweite Komponente OP4 wird durch die Einheit 608 an ihren Ausgang 612 zugeführt. Die erste Komponente OP7 wird durch die Einheit 617 an ihren Ausgang 611 zugeführt und die zweite Komponente OP8 wird durch die Einheit 617 an ihren Ausgang 613 zugeführt. Die erste Komponente OP12 wird durch die Einheit 620 an ihren Ausgang 622 zugeführt und die zweite Komponente OP13 wird durch die Einheit 620 an ihren Ausgang 624 zugeführt.
Zum Berechnen des Radius des Kreises K in Fig. 3 bzw. der Radien der Kreise K' und K" in Fig. 4 ist die Einheit 640 vorgesehen. Die Eingänge 602, 603 und 604 der Mischvorrichtung sind mit zugehörigen Eingängen 632 bzw. 633 bzw. 634 der Einheit 640 gekoppelt. Im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels leitet die Einheit 640, unter Steuerung über die
Steuerleitung 646 aus der Steuereinheit 630, wie im Folgenden beschrieben, die Energien EA und EB aus den an die Eingänge 602, 603 und 604 zugeführten komplexen
Informationssignalen vi(f,ti), V2(f,ti) und V3(f,ti) ab.
Ein erster Energiewert Ei(fi,ti) ist gleich: ABS(vi(fi,ti))2.
Ein zweiter Energiewert E2(fi,ti) ist gleich: ABS(v2(fi,ti))2
Ein dritter Energiewert E3(fi,ti) ist gleich: ABS(v3(fi,ti))2
Der Radius R des Kreises K ist jetzt gleich: SQRT {(E1+E2+E3V3}
Für die Ableitung von K' und K" gilt folgendes.
In diesem Fall leitet die Einheit 640 aus den Energiewerten EA und EB die Radien der Kreise K' und K" (siehe Fig. 4a) wie folgt ab und stellt sie an den Ausgängen 638 bzw. 636 zur Verfügung.
Figure imgf000015_0001
Ed sollte wieder größer als null sein. Ed darf andererseits nicht zu groß werden, denn dann wäre die Aufteilung von mindestens einem der drei Spektralwerte in Komponenten nicht mehr möglich. Der Radius R' des Kreises K' ist jetzt gleich: SQRT (EA). Der Radius R" des Kreises K" ist jetzt gleich: SQRT (EB)
Der Ausgang 638 der Einheit 640 ist zum Zuführen des Wertes des Radius des Kreises K' zu den Einheiten 608, 617 und 620 mit den Eingängen 614, 615 und 626 der Einheiten 608 bzw. 617 bzw. 620 gekoppelt. Der Ausgang 636 der Einheit 640 ist zum Zuführen des Wertes des Radius des Kreises K" zu den Einheiten 608, 617 und 620 mit den Eingängen 616, 619 und 628 der Einheiten 608 bzw. 617 bzw. 620 gekoppelt.
Es spricht für sich selbst, dass im ersten Ausführungsbeispiel in der Einheit 640 nur ein Wert des Radius des Kreises K, siehe Fig. 3a, abgeleitet wird und an die Einheiten 608, 617 und 620 zugeführt wird. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist dann nur eine
Verbindungsleitung vorgesehen zwischen der Einheit 640 und den Einheiten 608, 617 und 620.
Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 648. In der Einheit 648 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 658 aus der Steuereinheit 630, die drei ersten
Komponenten OP3, OP7 und OP12, die von der Einheit 608 bzw. 617 bzw. 620 erzeugt wurden, zum Erzeugen einer ersten Kombinationskomponente OP19 zusammengefasst. Dies wird an Hand der Figur 7 weiter erläutert. Fig. 7 zeigt in der komplexen Ebene die drei Komponenten OP3, OP7 und OP12 und auch die Kombinationskomponente OP19. Die Komponente OP3 hat einen Winkel zu einer Achse, z.B. der horizontalen Achse der komplexen Ebene, gleich αι. Die Komponente OP7 hat einen Winkel zu der horizontalen Achse gleich a2. Die Komponente OP12 hat einen Winkel zu der horizontalen Achse gleich 03. Und die Kombinationskomponente OP19 hat einen Winkel zu der horizontalen Achse gleich 0:4. Es gilt jetzt folgende Beziehung zwischen den Winkeln αι, 02, 03 und 04:
04 = ci * ai + C2 * a2 + C3 * 03 Formel (1) oder
0:4' = C2 * 02 ' + C3 * 03' Formel (2) wobei 0:4' der Winkel zwischen OP3 und OP19 ist, 0:2' der Winkel zwischen OP3 und OP7 ist und 03' der Winkel zwischen OP3 und OP12 ist.
Wenn Formel (2) benutzt wird, um OP19 zu abzuleiten, ist angenommen, dass ci = o, sodass C2 + C3 = 1 ist.
Dazu sind die Ausgänge 610 der Einheit 608, 611 der Einheit 617 und 622 der Einheit 620 mit zugehörigen Eingängen 652 bzw. 654 bzw. 655 der Einheit 648 gekoppelt. Auch braucht die Einheit 648 den Radiuswert des Kreises K bzw. K' , siehe die Figuren 3b und 4b. Dazu könnte noch eine Kopplung zwischen der Einheit 640 und der Einheit 648 zum Zuführen des Wertes der Radius des Kreises K bzw. K' vorgesehen sein. Oder die Einheit 648 kann den Radiuswert des Kreises K bzw. K' aus den an sie zugeführten drei ersten Komponenten OP3, OP7 und OP12 ableiten.
Das Ableiten der ersten Kombinationskomponente OP19 aus OP3, OP7 und OP12 findet in der Einheit 648 statt wie in Fig. 7 bereits beschrieben, wobei entweder die drei Koeffizienten ci, C2 und C3 oder die zwei Koeffizienten C2 und C3 benutzt werden, wie an Hand der Formel (1) bzw. (2) oben angegeben.
Diese drei bzw. zwei Koeffizienten werden über Eingänge 660, 662, 663 bzw. die Eingänge 662, 663, an die Mischvorrichtung zugeführt. Diese Eingänge sind mit zugehörigen
Eingängen 664 bzw. 666 bzw. 667 der Einheit 648 gekoppelt. An einem Ausgang 656 der Einheit 648 steht dann die erste Kombinationskomponente OP19 zur Verfügung.
Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 650. In der Einheit 650 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 668 aus der Steuereinheit 630, die drei zweiten
Komponenten OP4, OP8 und OP13, die von der Einheit 608 bzw.617 bzw. 620 erzeugt wurden, zum Erzeugen einer zweiten Kombinationskomponente OP20 in gleicher Weise wie an Hand der Figur 7 beschrieben zusammengefasst. Dazu sind die Ausgänge 612 der Einheit 608, 613 der Einheit 617 und 624 der Einheit 620 mit zugehörigen Eingängen 670 bzw. 672 bzw. 673 der Einheit 650 gekoppelt. Auch braucht die Einheit 650 den Radiuswert des Kreises K bzw. K", siehe die Figuren 3c und 4c. Dazu könnte noch eine Kopplung zwischen der Einheit 640 und der Einheit 650 zum Zuführen des Wertes der Radius des Kreises K bzw. K" vorgesehen sein. Oder die Einheit 650 kann den Radiuswert des Kreises K bzw. K" aus den an sie zugeführten drei zweiten Komponenten OP4, OP8 und OP13 ableiten.
Zum Ableiten der zweiten Kombinationskomponente OP20 werden auch noch die
Koeffizienten ci, C2 und C3 benötigt. Die Eingänge 660, 662 und 663 der Mischvorrichtung sind dazu mit zugehörigen Eingängen 674 bzw. 676 bzw. 677 der Einheit 650 gekoppelt. An einem Ausgang 678 der Einheit 650 steht dann die zweite Kombinationskomponente OP20 zur Verfügung.
Die Mischvorrichtung enthält weiter eine Einheit 680. In der Einheit 680 werden, unter Steuerung über eine Steuerleitung 682 aus der Steuereinheit 630, die ersten und zweiten Kombinationskomponenten OP19 und OP20 zum Erzeugen eines Ergebnisspektralwerts OP21 zusammengefasst, wie es auch oben in Zusammenhang mit den Figuren 3d und 4d beschrieben wurde. Dazu sind die Ausgänge 656 und 678 der Einheiten 648 bzw. 650 mit zugehörigen Eingängen 684 bzw. 686 der Einheit 680 gekoppelt. Ein Ausgang 688 der Einheit 680 ist mit einem Ausgang 690 der Mischvorrichtung gekoppelt.
Die Steuereinheit 630 steuert die Einheiten in der Mischvorrichtung derart, dass wiederholt immer drei in der Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der drei komplexen Informationssignale gemäß den Schritten zum Erzeugen eines Ergebnisspektralwerts, wie an Hand der Figur 2 beschrieben, zum Erhalten des komplexen Ausgangsinformationssignals am Ausgang 690 durchgeführt werden. Oder die Mischvorrichtung wie in Fig. 6 beschrieben ist zum gleichzeitigen Ableiten der Ergebnisspektralwerte m(f,ti) mehrfach realisiert.
Es spricht für sich selbst, dass für N größer als 3 die Vorrichtung demgemäß zum Mischen von N komplexen Informationssignalen, mit N größer als drei, erweitert werden kann. So enthält eine Vorrichtung für N = 4:
- einen vierten Eingang, zusätzlich zu den Eingängen 602, 603 und 604 in Fig. 6, zum Empfangen eines vierten komplexen Informationssignals v4(f,ti),
- eine zusätzliche Leitung zum Zuführen des vierten komplexen Informationssignals v4(f,ti) zu einem zusätzlichen Eingang der Einheit 640,
- eine zusätzliche Einheit, zusätzlich zu den Einheiten 608, 617 und 620 in Fig. 6,
- eine zusätzliche Steuerleitung zum Steuern der zusätzlichen Einheit durch die Steuereinheit 630 in Fig. 6,
- zusätzliche Leitung(en) aus der Einheit 640 zum Zuführen des Radiuswerts (der
Radiuswerte) zu der zusätzlichen Einheit,
- zwei zusätzliche Ausgangsleitungen von der zusätzlichen Einheit zu je einem zusätzlichen Eingang der Einheiten 648 bzw. 650 in Fig. 6, und
- einen vierten Eingang, zusätzlich zu den Eingängen 660, 662, 663, in Fig. 6, zum
Empfangen eines vierten Koeffizienten C4.
Analog, wie oben beschrieben für N = 2 und N = 3, ist eine rechnerische Darstellung einer aus gegebenen vier Positionen Li, L2, L3 und L4 dreidimensional linear interpolierten bzw. extrapolierten Position L
L = Li * ci + L2 * C2 + L3 * C3 + L4 * C4 , wobei ci, C2, C3 und C4 Koeffizienten sind, mit ci + C2 + C3 + C4 = 1 .
Werden für Li, L2, L3 und L4 die Mikrofonpositionen der die entsprechenden
Mikrofonsignale si(t), S2(t), S3(t) und s4(t) abgebenden Mikrofone eingesetzt, so sind ci, C2, C3 und C4 die Koeffizienten der erfindungsgemäßen Interpolation bzw. Extrapolation.
Zusammenfassend kann folgendes gesagt werden.
Das Aufteilen der in der Frequenz übereinstimmenden Frequenzwerten in ersten und zweiten Komponenten, und das Kombinieren der ersten bzw. zweiten Komponenten, bedeutet die Verwendung einer Annahme, dass das Schallfeld aus der Überlagerung von zwei direkten Schallfeldern bestehe, wobei jede der Komponenten mit einem der angenommenen direkten Schallfelder korrespondiert. Durch diese Annahme kann für die Komponenten eine Mischung (Interpolation bzw. Extrapolation) verwendet werden, welche den physikalischen Zusammenhang der Schallfeldmessgröße eines direkten Schallfeldes mit der Position im Raum nachbildet. Die Verwendung der Annahme führt dazu, dass das gemischte
(interpolierte bzw. extrapolierte) Signal eine gute Schätzung des Wertes der
Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw. extrapolierten Position ist, sofern das
Schallfeld aus den Schallwellen von bis zu zwei Schallquellen resultiert.
Durch die Gleichheit der Amplituden aller ersten Komponenten und die Gleichheit der Amplituden aller zweiten Komponenten kann die Nachbildung des physikalischen
Zusammenhangs stark vereinfachend sein, nämlich sich auf ein direktes Schallfeld mit ebener Wellenfront beschränken.
Die Gleichheit von mittlerer Energie der interpolierten bzw. extrapolierten Komponenten und mittlerer Energie aller Mikrofonsignale bedeutet die Verwendung einer Nebenannahme, dass die mittlere Energie der Schallfeldmessgröße im Raum konstant sei. Durch diese Nebenannahme ist das interpolierte bzw. extrapolierte Signal auch dann noch eine brauchbare Schätzung des Wertes der Schallfeldmessgröße an der interpolierten bzw.
extrapolierten Position, wenn die Annahme höchstens zweier Direktschallkomponenten von der Wirklichkeit abweicht.
Die Gleichheit der Energien aller ersten Komponenten bewirkt, dass die Energien der ersten Komponenten nicht interpoliert bzw. extrapoliert werden müssen, sondern die Energie der ersten interpolierten bzw. extrapolierten Komponente einfach mit ihnen gleichgesetzt werden kann. Letzteres wird so getan. Dadurch reduziert sich die erste Interpolation bzw. Extrapolation zu einer Interpolation bzw. Extrapolation der Phasen der ersten Komponenten.
Entsprechendes gilt auf gleiche Weise für die zweiten Komponenten, die zweite interpolierte bzw. extrapolierte Komponente, die zweite Interpolation bzw. Extrapolation und die Phasen der zweiten Komponenten.

Claims

1. Verfahren zum Mischen von N Informationszeitsignalen, die erst vom Zeitbereich zum Frequenzbereich in je eines von N komplexen Informationssignalen umgesetzt sind, wobei N eine ganze Zahl grösser als ι ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst,
(a) in einer Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der N komplexen
Informationssignale werden jeweils in eine erste und eine zweite Komponente umgesetzt,
(b) die N ersten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte werden zu einer ersten Kombinationskomponente zusammengefasst,
(c) die N zweiten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmenden
Spektralwerte werden zu einer zweiten Kombinationskomponente zusammengefasst,
(d) die erste Kombinationskomponente und die zweite Kombinationskomponente werden zu einem Ergebnisspektralwert zusammengefasst,
(e) die Schritte (a) bis (d) werden auch für andere in einer Frequenz übereinstimmende Spektralwerte der N komplexen Informationssignale zum Erzeugen von anderen
Ergebnisspektralwerten durchgeführt,
(f) wobei die so erhaltenen Ergebnisspektralwerte ein komplexes
Ausgangsinformationssignal bilden.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ableitung einer ersten Kombinationskomponente in Schritt (b) die in Schritt (a) abgeleiteten ersten
Komponenten eine zueinander hauptsächlich gleiche Amplitude haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ableitung einer zweiten Kombinationskomponente in Schritt (c) die in Schritt (a) abgeleiteten zweiten Komponenten eine zueinander hauptsächlich gleiche Amplitude haben.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ableitung der ersten und zweiten Kombinationskomponente in Schritt (b) bzw. Schritt (c) die in Schritt (a) abgeleiteten ersten und zweiten Komponenten eine zueinander hauptsächlich gleiche Amplitude haben.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt (a) von einem Spektralwert eines komplexen Informationssignals in eine erste und zweite Komponente derart realisiert wird, dass eine komplexwertige
Addierung der ersten Komponente und der zweiten Komponente den Spektralwert ergibt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfassen der ersten und zweiten Kombinationskomponenten zum Erhalten des Ergebnisspektralwerts in Schritt (d) derart realisiert wird, dass eine komplexwertige Addierung der ersten Kombinationskomponente und der zweiten Kombinationskomponente den
Ergebnisspektralwert ergibt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die N ersten Komponenten als Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind und die Endpunkte der Vektoren auf einem Kreis in der komplexen Ebene liegen, dass das Mischen der N Informationssignale in einem Verhältnis ci zu C2 zu C3 zu .... cN stattfindet, wobei ci + C2 + C3 + + cN = 1, und das Zusammenfassender N ersten Komponenten zum Erhalten der ersten Kombinationskomponente in Schritt (b) derart realisiert wird, dass die erste Kombinationskomponente als ein Vektor vom Ursprung ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt wird und der Endpunkt der ersten Kombinationskomponente sich auf dem Kreis befindet, wobei der Winkel der ersten Kombinationskomponente mit einer Achse der komplexen Ebene sich zu den Winkeln der N ersten Komponenten mit der Achse wie folgt verhält: aC = ci * αι + C2 * a2 + c3 * 03 + + cN * aN , wobei aC der Winkel der ersten Kombinationskomponente mit der Achse ist und αι bis aN die Winkel der N ersten Komponenten mit der Achse sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die N zweiten
Komponenten als Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind und die Endpunkte der Vektoren auf einem Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene liegen, dass das Mischen der N Informationssignale in einem Verhältnis ci zu C2 zu C3 zu .... cN stattfindet, wobei ci + C2 + C3 + + cN = 1, und das Zusammenfassen der N zweiten Komponenten zum Erhalten der zweiten
Kombinationskomponente in Schritt (c) derart realisiert wird, dass die zweite
Kombinationskomponente als ein Vektor vom Ursprung ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt wird und der Endpunkt der zweiten Kombinationskomponente sich auf dem Kreis befindet, wobei der Winkel der zweiten Kombinationskomponente mit einer Achse der komplexen Ebene sich zu den Winkeln der N zweiten Komponenten mit der Achse wie folgt verhält: aC = ci * αι + C2 * a2 + c3 * 03 + + cN * aN , wobei aC der Winkel der zweiten Kombinationskomponente mit der Achse ist und αι bis aN die Winkel der N zweiten Komponenten mit der Achse sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass N = 2, die zwei ersten Komponenten als Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind, und die Endpunkte der Vektoren auf einem Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene liegen, dass das Mischen der zwei
Informationssignale in einem Verhältnis ci/c2 stattfindet, wobei ci + C2 = 1, und das
Zusammenfassen der zwei ersten Komponenten zum Erhalten der ersten
Kombinationskomponente in Schritt (b) derart realisiert wird, die erste
Kombinationskomponente als ein Vektor vom Ursprung ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt wird, und der Endpunkt der ersten Kombinationskomponente sich auf dem Kreis befindet, wobei die Bogenlänge des Kreisabschnitts vom Endpunkt einer der ersten
Komponenten zum Endpunkt der ersten Kombinationskomponente und die Bogenlänge des Kreisabschnitts vom Endpunkt der anderen ersten Komponente zum Endpunkt der ersten Kombinationskomponente sich wie ci/c2 verhält.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass N =2, die zwei zweiten Komponenten als Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind, und die Endpunkte der Vektoren auf einem Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene liegen, dass das Mischen der zwei
Informationssignale in einem Verhältnis ci/c2 stattfindet, wobei ci + C2 = 1, und das
Zusammenfassen der zwei zweiten Komponenten zum Erhalten der zweiten
Kombinationskomponente in Schritt (c) deart realisiert wird, dass die zweite
Kombinationskomponente als ein Vektor vom Ursprung ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt wird, und der Endpunkt der zweiten Kombinationskomponente sich auf dem Kreis befindet, wobei die Bogenlänge des Kreisabschnitts vom Endpunkt einer der zweiten Komponenten zum Endpunkt der zweiten Kombinationskomponente und die Bogenlänge des Kreisabschnitts vom Endpunkt der anderen zweiten Komponente zum Endpunkt der zweiten Kombinationskomponente sich wie ci/c2 verhält.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Komponenten als Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind, und die Endpunkte der Vektoren sich auf einem Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene befinden, wobei der Radius des Kreises wie folgt abgeleitet wird: Radius
Figure imgf000023_0001
wobei |vi(fi ,ti )| die Absolutwerte (Beträge) der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der N komplexen Informationssignale sind.
12. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten
Komponenten als erste Vektoren von einem Ursprung einer komplexen Ebene ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind und die Endpunkte der ersten Vektoren sich auf einem ersten Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene befinden und dass die zweiten Komponenten als zweite Vektoren vom Ursprung ausgehend in der komplexen Ebene dargestellt sind und die Endpunkte dieser zweiten Vektoren sich auf einem zweiten Kreis liegend um den Ursprung der komplexen Ebene befinden, wobei die Radien des ersten Kreises und des zweiten Kreises wie folgt abgeleitet werden:
Figure imgf000023_0002
'Rä ist» des zwe tes Kreisss ^ I— Z l< f wobei I vi(fi ,ti ) | die Absolutwerte (Beträge) der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der N komplexen Informationssignale sind, und Ed ein Wert größer als null ist, höchstens ein Wert ist, bei dem die Vektoren der zwei Komponenten, die aus einem der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte gebildet sind, kollinear sind.
13. Mischvorrichtung zum Ausführen des Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, versehen mit Eingängen zum Empfangen der N komplexen Informationssignale und einer Mischeinheit zum Mischen der N komplexen Informationssignale zu einem komplexen Ausgangsinformationssignal, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit versehen ist mit: a. einer ersten Einheit (508,5205608,617,628) zum Umsetzen von jedem der in einer Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte der N komplexen Informationssignale in eine erste und eine zweite Komponente, b. einer zweiten Einheit (5485648) zum Zusammenfassen der N ersten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte zu einer ersten
Kombinationskomponente, c. einer dritten Einheit (5505650) zum Zusammenfassen der N zweiten Komponenten der N in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerte zu einer zweiten
Kombinationskomponente, d. einer vierten Einheit (5805680) zum Zusammenfassen der ersten und zweiten Kombinationskomponenten zu einem Ergebnisspektralwert, e. einer Steuereinheit (5305630) zum Steuern der ersten bis vierten Einheit zum wiederholten Ableiten von Ergebnisspektralwerten für andere in der Frequenz
übereinstimmende Spektralwerte der N komplexen Informationssignale oder zum parallelen Steuern von mehreren ersten, zweiten, dritten und vierten Einheiten zum Ableiten von Ergebnisspektralwerten aus in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerten, f. einem Ausgang (5905690) zum Zuführen der so abgeleiteten Ergebnisspektralwerte als das komplexe Ausgangsinformationssignal.
14. Mischvorrichtung gemäß Anspruch 13 zum Ausführen des Verfahren gemäß Anspruch
11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit weiter versehen ist mit einer Einheit (540,640) zum Ableiten des Radiuswerts aus den in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerten der N komplexen Informationssignale.
15 Mischvorrichtung gemäß Anspruch 13 zum Ausführen des Verfahren gemäß Anspruch
12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinheit weiter versehen ist mit einer Einheit (540,640) zum Ableiten der zwei Radiuswerte aus den in der Frequenz übereinstimmenden Spektralwerten der N komplexen Informationssignale.
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