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Verfahren zur zweikanaligen Aufnahme, Aufzeichnung, Übertragung und Wiedergabe von Schallereignissen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zwei- kanaligen Aufnahme, Aufzeichnung, Übertragung und Wiedergabe von Schallereignissen mit mindestens zwei Mikrophonsystemen, von denen sich eines nahe der Quelle des Schallereignisses und das zweite entfernt von dieser in einem Raum befindet, mit zwei Aufzeichnungs- bzw. Übertragungskanälen und mit mindestens zwei Lautsprechern, die in der bei Stereophonie üblichen Art abstrahlen.
Das Problem einer illusionsfördernden Übertragung kann dahingehend differenziert werden, dass man zwischen zwei Problemen unterscheidet, und- zwar zwischen der Übertragung der vom Schallereignis herrührenden direkten Schallinformationen und der Übertragung der von Raumeigenschaften abhängigen Informationen: aus dem i'nd'irekten Schallfeld, die dem Hörer die akustische Atmosphäre vermitteln und bei ihm den Eindruck hervorrufen, dass er sich selbst im Ursprungsraum befindet (Ambiophonie). Allgemein ist für die Erzielung einer möglichst naturgetreuen Wiedergabe die Übertragung von drei Informationen erforderlich, und zwar:
1. von Schallinformationen, wie es bei der üblichen monophonen Einkanaltechnik geschieht, 2. von aus dem räumlich verteilten Schallereignis herrührenden, im direkten. Schallfeld enthaltenen Richtungsinformationen, wie es bei der stereophonen Übertragungstechnik mit Hilfe eines zweiten Kanals geschehen kann, und 3.
von Rauminformationen aus dem indirekten Schallfeld am Ort es Beobachters, wie dieses auf dem zweiten Kanal geschehen kann, wenn der erste Kanal jedoch nur die monophone Schak- information überträgt. Als bekannt werden alle Verfalren vorausgesetzt, die stereophone Informationen als AIB-, X1Y- oder MS-Signale in zwei Kanälen aufnehmen, übertragen und- wiedergeben.
Unter der Bezeichnung AAB-Technik soll im folgenden eine stereophone Methode, bei der zwei oder mehr getrennte Mikrophone mit einer Entfernung gleich der der menschlichen Ohren verwendet werden (wie bei dem sogenannten künstlichen Kopf , der für akustische Verkuche und Messungen verwendet wird), oder grösser (diese werden als räumlich verteilte Mikrophone bezeichnet). Die Richtcharakteristik und die Entfernungen der Mikrophone (sowohl von der Schallquelle als auch untereinander) können Unterschiede in der Laufzeit und/oder der Intensität erzeugen, die in starkem Masse in ihrer Grösse schwanken können.
Für besondere Situationen kann ein drittes Mikrophon mit zwei Seitenmikrophonen kombiniert werden, wobei dessen Signale in die Ausgänge der Seitenmikrophone eingespeist werden. Bei der AAB-Technik, die mit zwei Kanälen arbeitet, liefert diese Methode die Schallinformation in Form eines A-Signals und eines B-Signals.
Diese Methode ist nicht kompatibel. Eine stereophone Aufnahme kann als kompatibel bezeichnet werden, wenn eine vollkommene monophone Schallwiedergabe sowohl vom technischen als auch künstlerischen Standpunkt aus durch elektrische Addition der Schallinformationsteile erhalten werden kann. Man verlangt, dass die so erhaltene monophone Wiedergabe gleichwertig, auf jeden Fall nicht viel schlechter ist als der Effekt, der bei optimalen Bedingungen mit monophoner Technik erreichbar ist.
Die AAB-Technik ist im allgemeinen nicht kompatibel, da Phasen- und Laufzeitdifferenzen Auslöschungen bestimmter Fre-
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quenzen hervorrufen, wenn die A- und B-Signale kombiniert werden.
Unter der Bezeichnung X/Y-Technik ist anderseits eine stereophone Methode mit räumlich eng beieinander liegenden Mikrophonen (Koinzidenzmikro- phone) zu verstehen, die gleiche Richtcharakteristiken besitzen.
Es können beispielsweise Richtmikrophone mit, Kardioidcharakteristiken (zuweilen als nierenförmig bezeichnet) oder Kosinusmikrophone (auch: Achtermikrophon;: genannt) verwendet werden; Kugel- oder sphärische Mikrophone sind dafür nicht geeignet. Unter Koinzidenzmikrophon versteht man ein Mikrophonsystem, bestehend aus zwei Mikrophonen, die so eng zusammengebaut sind, dass die Wegdifferenzen zu einer gegebenen Schallquelle praktisch vernachlässigbar sind. Bei solchen Mikrophonarten sind: nur Intensitätsdifferenzen entsprechend ihren spezifischen Richtcharakteristiken vorherrschend.
Die X/Y-Technik wird deshalb auch als Intensitätsstereophonie bezeichnet. Die Signalanteile werden X- und. Y-Signale genannt, die mittels Differential- wandler addiert oder subtrahiert werden können. Auf diese Weise ergibt X + Y ein M oder Minensignal, während X-Y ein S oder Seitensignal ergibt.
Hieraus folgt, dass das M-Signal in technischer Hinsicht das Äquivalent einer kompletten monophonen Schallinformation ist.
Die X- und Y-Tonanteile können entsprechend der herkömmlichen L/R-(Links-Rechts-)Technik über zwei getrennte Lautsprecher wiedergegeben werden. Es ist jedoch auch möglich, die M/S-Schallinformatio- nen zur Speisung eines Kugellautsprechers oder eines nach vorn strahlenden Halbraumstrahlers (für das M-Signal) in Kombination mit einem Gradientlaut- sprecher mit achtförmiger Richtcharakteristik (für das S-Signal) zu benutzen.
Die AIB- und die X/Y-Technik werden auch als symmetrische Technik bezeichnet, da die Signale von symmetrischer Form sind.
Der Ausdruck MUS Technik bezeichnet eine stereophone Aufnahmemethode, die ebenfalls mit Koinzi- denzmikrophon arbeitet; man kann sie auch als Mitten/Seiten -Technik bezeichnen. In diesem Fall kann entweder ein Kugel-, ein Kardioid- oder ein Kosinusmikrophon für das M (Mitten)-Signal verwendet werden, während ein weiteres Kosinusmi'krophon, das im rechten Winkel zum ersteren angeordnet ist, den S (Seiten)-Tonanteil aufnimmt. Bei dieser Technik werden die M- und S-Signale ohne elektrische Umwandlung erhalten.
Das M-Signal entspricht einer kompletten monophonen Schallinformation; fo'lgl'ich ist die MS-Technik kompatibel.
Die Schallinformationen können hierbei ebenfalls mittels eines nach vorn wirksamen Halbraumstrahlers (M) und eines zu den Seiten wirksamen Gradientenlautsprechers (S) wiedergegeben werden oder, wenn mittels Differentialwandler daraus X1Y- Informationen gebildet werden, können diese in der Links-Rechts-Technik (LIR) über zwei seitlich angeordnete Lautsprecher abgestrahlt werden. Die MS-Technik wird auch als unsymmetrische Technik bezeichnet, da sie Signale von unsymmetrischer Form verwendet.
Kurz zusammengefasst ist also: AIB = Technik der distanzierten Mikrophone XIY und. Technik der Koinzidenzmikrophone M @S = örtlich. so eng wie möglich vereinigter Mikrophone) In vereinfachter Abwandlung davon werden Anordnungen mit pseudostereophoner Wirkung verwendet, bei denen zusätzlich zu einem Minenlautsprecher, der ein monophones Signal ausstrahlt, 2 Seitenlautsprecher verwendet werden, die ein aus dem monophonen Signal abgeleitetes, zeitlich verzögertes Sekundärsignal konphas oder gegenphasig abstrahlen.
Bekannt sind weiterhin Verfahren, bei denen zur Erzielung einer pseudostereophonen Wirkung eine aus einem monophonen Signal abgeleitete, zeitlich verzögerte Sekundärinformation dem gleichphasig über 2 Lautsprecher abgestrahlten Monosignal gegen- phasig hinzugefügt werden (Lauridzen@Effekt). Diese Massnahme gibt eine primitive Räumlichkeitswirkung, weil durch die einmalige zeitliche Wiederholung des primären Direktsignals nur eine einzige Raumreflexion künstlich nachgeahmt wird, die aber niemals die Eigenschaften des abzubildenden Raumes zu charakterisieren gestattet.
Es sind auch Verfahren bekannt, nach denen mittels zusätzlicher, im entfernteren Teil des Raumes angeordneter Mikrophone Informationen aufgenommen werden, die den vorn aufgenommenen Informationen hinzugefügt werden. Dadurch entsteht jedoch lediglich eingrösserer Hauanteil in der Übertragung.
Zur Nachahmung von Raumreflexionen ist das Verfahren des Steg eonachhal@l-s nach Vermeulen bekannt, bei dem aus dem Primärsignal des direkten Schalls durch dessen künstliche Verzögerung durch bekannte Einrichtungen, z. B. mittels eines Magnettonträgers, zeitlich gegenüber dem Primärsignal verschieden verzögerte Zusatzinformationen abgeleitet und durch verschiedenartig im Wiedergaberaum verteilte Zusatzlautsprecher mit verschiedenen Laufzeiten und Pegelverhältnissen abgestrahlt werden. Hierdurch können im Wiedergaberaum diffuse Schallfelder imitiert werden. Dieses Verfahren wurde in jüngerer Zeit als Ambiophonie bezeichnet.
Mitunter wird auch ein Wiedergabekopf auf den Aufnahmekopf einer Magnettoneinrichtung rück- gekoppelt, wodurch ein künstlicher Nachhall simuliert wird. Dieses Verfahren wird im allgemeinen angewen- dIet, um eine eventuell unbefriedigende Hörsamkeit eines Raumes, in dem ein Originalschallereignis oder auch eine Lautsprecherwiedergabe stattfindet, in bezug auf Diffusität und Nachhall zu verändern.
Wahre Informationen über den Aufnahmeraum, in dem das Originalereignis stattfindet bzw. im Falle einer Aufzeichnung stattgefunden hat, werden hierbei jedoch nicht vermittelt. Das Ergebnis eines solchen. Verfah-
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rens ist im wesentlichen der Willkür des Operateurs anheimgestellt, der mittels einer Magnettonapparatur aus den im weitgehend direkten Schallfeld gewonnenen üblichen Mikrophonsignalen synthetisch in bezug auf Pegelverhältnisse und Laufzeitverzögerungen zusätzliche Informationen erzeugt, die mit dem indirekten Schallfeld im Ursprungsraum jedoch nichts gemeinsam haben.
Es sind auch Verfahren bekannt, derartige Informationen auf einem Tonträger in richtiger Dosierung auf mehreren Spuren aufzuzeichnen, um sie in fertiger Konfektionierung im Wiedergaberaum abzuspielen. Hierbei wird von der Variierung der gegeniseitigen Intensität, Verzögerung und Klangfarbe einzelner Übertragungskanäle bzw. aufgezeichneter Spuren Gebrauch gemacht.
Gelegentlich werden auch zur Gestaltung der angestrebten Effekte im Aufnahme- oder auch im Wiedergabevorgang zur Verhallung einzelner zu übertragender, aufzuzeichnender bzw. aufgezeichneter Spuren zusätzlich mehrdimensionale Nachhalleinrichtun- gen eingeschaltet, deren Informationen in bezug auf Intensität, Laufzeit und Klangfarbe relativ zu den übrigen Übertragungskanälen bzw. Aufzeichnungsspuren ebenfalls variierbar sind.
Bekannt ist weiterhin ein Verfahren, neben dem üblichen monophonen Primärsignal auf einem zweiten Kanal natürliche Rauminformationen zu übertragen. Hierbei muss jedoch auf die Übertragung von Stereosignalen verzichtet werden. Ausserdem hat das Verfahren bei einem Abstand von maximal 12 m zwischen dem die Schallinformation übertragenden Primärmikrophon und dem Raummikrophon seine praktische Grenze. Dieses Gebiet, das Laufzeitunterschieden bis zu etwa 35 ms entspricht, enthält aber insbesondere in grossen Räumen keine energiereichen Reflexionen (s. Fig. 2), so dass die Verhältnisse an einem guten Platz im Saal mit diesem Verfahren nicht ab(Yebildet werden können.
V Bei der einfachen Übermittlung eines zusätzlichen Raumsignals empfindet man das Schallbild wie durch ein grosses Fenster aus einem dahinter liegenden Raum. Gegenüber der üblichen Übertragungstechnik enthält das Schallbild jetzt zwar mehr Rauminformation, wodurch es halliger erscheint und deutlicher erkennen lässt, dass die Aufnahme in einem mehr oder weniger grossen Raum vorgenommen wurde; der Hörer fühlt sich jedoch nicht in dem Raum des Schallgeschehens mit einbezogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zweikanal - Tonaufnahme-, -Übertragungs-, -Auf- z.-ichnungs- und -Wiedergabesystem, das gleichwohl für stereo- und monophone sowie ambiophone , insbesondere stereo-ambiophone und mono- am'biophor:e Effekte geeignet ist, zu schaffen, bei dem ausser dem direkten Schall Komponenten, welche von den natürlichen energiereichen Rückwürfen dies Originalraumes herrühren und eine Einbeziehung des Hörers in die akustische Atmosphäre des Ursprungsraumes ermöglichen, verwendet werden.
Es ist weiter- hin Aufgabe der Erfindung, eine Methode der obenbeschriebenen Art zu liefern, die auch eine künstlerisch und akustisch verträgliche kompatible monophone Wiedergabe ermöglicht.
Diese Aufgabe erfühlt ein Verfahren, bei dem erfindungsgemäss ein erstes Mikrophonsystem hauptsächlich den direkten, Schall und ein zweites Mikrophonsystem hauptsächlich dien an den Raumbegrenzungen reflektierten Schall aufnimmt, bei dem danach die im ersten Mikrophonsystem gebildeten elektrischen Direktsignale gegenüber den im zweiten Mikro- phonsystem gebildeten indirekten Signalen etwa um die Zeit verzögert werden,
die der Laufzeit des Schal- les zwischen beiden Mikrophonsystemen entspricht und bei dem die Pegel und die Laufzeitdifferenz der beiden von den Mikrophonsystemen gebildeten Signale mittels -Verstärker oder Regeleinrichtungen zueinander so eingestellt werden, dass für einen Hörer in einem Wiedergaberaum der Eindruck entsteht, selbst im Aufnahmeraum anwesend zu sein.
Danach werden das resultierende Direktsignal und: das vom zweiten Mikrophonsystem herrührende resultierende Raumsignal entweder unmittelbar oder mach linearer Kom- binatiom miteinander in zwei Kanälen übertragen bzw. aufgezeichnet, welche dann wiedergabeseitig in Links- Rechts- oder Mitten-Seiten-Technik abgestrahlt werden.
Unter Mikrophonsysteme ist.d'abei zu verstehen, dass es sich sowohl um einzelne Monophone als auch um Anordnungen mehrerer monophoner oder stereophoner Einzelmikrophone handeln kann.
Die lineare Kombination, kennzeichnet eine Mischung d\urch einfache Summen und Differenzbildung, aus der wiederum durch Summenh und Diffe- renzbildung die ursprünglichen Signale zurückgewonnen werden können.
Infolge der elektrischen Übertragung treffen die Signale des ersten, im direkten Schallfeld stehenden Mikrophons gegenüber der wirklichen akustischen Laufzeit zu früh ein, und zwar um die Zeit, die der Differenz der akustischen zur elektrischen Laufzeit für die Entfernung zwischen beiden Mikrophonsystemen entspricht. Dadurch erhält der Hörer bei der Wiedergabe den Eindruck des Auseinan.d'erfallens von dem Raumschall und dem zugehörigen Schallereignis, was er als Hören durch ein offenes Fenster empfindet. Durch die Verzögerung des Direktsignals etwa um diese Zeit wird der natürliche Zusammenhang wiederhergestellt.
Eine Veränderung dieser Zeit ergibt eine Veränderung des scheinbaren Platzes im Aufnahmeraum oder des Ortes der Schallquelle, was zu beabsichtigten Effekten ausnutzbar ist.
Die Erfindung soll nachstehend durch theoretische Erläuterungen an speziellen Ausführungsformen beispielsweise näher erklärt werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Reflexionen des indirekten Schallfeldes in einem Rechteckraum von 10 000 n,3 für einen Abstand von 24 m zwischen Schallquelle und Beobachter,
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Fig. 2 den entsprechenden Verlauf für einen Abstand von 1-0 m zwischen Schallquelle und' Beobachter, Fig. 3 ein schematisches Anordnungsbeispiel zur Übertragung,
Fig. 4 ein schematisches Anordnungsbeispiel mit verbesserter Raumwirkung bei Stereophonie, Fig. 5 das gleiche Beispiel wie in. Fig. 4, aber bei Verwendung von monophonem Direktsignal.
Um sich eine Vorstellung vom zeitlichen Verlauf des indirekten. Schallfeldes in einem grossen Raum zu machen, ist in Fig. 1 und 2 für den Modellfall eines Rechteckraumes von 10 000 m3 die Schallenergie der einzelnen Reflexionen, bezogen auf die Energie des direkten Schalles (das R/D-Verhältnis) als Funktion der Laufzeitdifferenz At dargestellt, und zwar in Fig. 1 für einen Abstand des Beobachters von 24 m von der Schallquelle, also z. B. im hinteren Parkett", und in der Fig.2 für einen Abstand des Beobachters von 10 m von der Schallquelle, also z.
B. im vorderen Parkett.
Darin bedeuten, errechnet für das Raumvolumen von 101000 m3: Kurve I - Reflexionen für eine Nachhallzeit von T = c-- (im theoretischen Fall des Hau- raumes) Kurve 1I - einfache Reflexionen für eine Nachhallzeit von T - 2,5 (s)'' Kurve III - zweifache Reflexionen für eine Nach- hallzeit von T =- 2,5 (s)* Kurve IV - dreifache Reflexionen für eine Nachhallzeit von T = 2,5 (s);-: '' im akustisch ausgekleideten Zustand. Die Punkte bezeichnen die zeitliche Lage der einfachen und zweifachen Reflexionen, die Kreuze die zeitliche Lage der dreifachen Reflexionen.
Die an der ausgezogenen Kurve angegebenen Zahlen geben die Häufigkeit der einfachen bis dreifachen Reflexionen an; und zwar beziehen- sich die nach oben gerichteten Striche auf die einfachen und zweifachen Reflexionen unC die nach unten gerichteten Striche auf die Zahl der dreifachen Reflexionen.
Will man den ersten Fall (Raumpunkt I in Fig. 3) im Wiedergaberaum abbilden, so würde, da durch die elektrische Übertragung die Signale des direkten und indirekten Schallfeldes nach ihrem Eintreffen an den jeweiligen Mikrophonen MD und MR, sofort im Wiedergaberaum zur Abstrahlung kommen., die Informationen des direkten Schalles gegenüber den Verhältnissen im Ursprungsraum um eine dem Laufweg von 19 m entsprechende Zeit im Wiedergaberaum zu früh ankommen.
Man muss also, um einen dem im Raumpunkt I herrschenden Schallfeldzustand entsprechenden subjektiven Eindruck auch im Wiedergaberaum zu erhalten, den direkten Schalt gegenüber dem Schall aus dem direkten Schallfeld um eine den 19 m entsprechende Zeit von 55 ms verzögern. Will man den Zustand des vorderen Parketts (Raumpunkt II, d == 10 m) übertragen, so würde der direkte Schall um eine einem Laufweg von 5 m entsprechende Zeit zu früh ankommen. Der direkte Schall müsste also um 14,5 ms gegenüber einem im Raumpunkt II aufgenommenen indirekten Signal verzögert werden, wenn man entsprechend verfahren wollte.
Bei dieser Massnahme ergibt sich jedoch der Nachteil, dass bei dem durch die Verzögerung eintretenden Zusammenfallen der vom Mikrophon MD und der vom Raummikrophon MRII im Raumpunkt, II auf- genommenen direkten Signals sowie der etwa 5 ms später ebenfalls von vorn eintreffenden, vom Fussboden herrührenden ersten Reflexion eine verfälschende Verstärkung des direkten Eindrucks gegenüber dem erst 35 ms später in zeitlich dichterer Folge von Einzelreflexionen eintreffenden indirekten Schall eintreten würde. Das ist aber ein Zustand, wie er im Ursprungsraum nicht vorliegt.
Um dies zu vermeiden, besteht eine bessere Methode der Übertragung des indirekten Signals darin, dass man grundsätzlich die indirekte Information an dem entfernter liegenden Raumpunkt I, der eine gleichmässigere zeitliche Verteilung von Reflexionen aufweist, aufnimmt und diese bei gleichzeitiger Verzögerung des direkten Signals, z. B. um 55 ms, überträgt, wenn man den Zustand in diesem Raumpunkt I darstellen will.
Will man die Verhältnisse des vorderen Parketts (Raumpunkt 1I) erhalten, so verzögert man in diesem Fall den direkten Schall gegenüber dem im Raumpunkt I aufgenommenen indirekten Schall um etwa 20 ms und erniedrigt gleichzeitig den Pegel des indirekten Signals aus dem entfernter liegenden Raumpunkt I um etwa 8 db gegenüber dem direkten Schall, wie aus dem Vergleich der beiden Abbildungen zu erkennen ist. Durch diese Massnahme tritt dann. beim Hörer ein Zusammenfallen von am Primärmikrophon und am Raummikrophon eintreffenden direkten Schallen nicht mehr ein, und es können daher die oben genannten verfälschten subjektiven Wirkungen nicht mehr ausgelöst werden.
Der am Raumpunkt I eintreffende direkte Schall kann in diesem Fall als in den unmittelbar darauffolgenden indirekten Schall mit einbezogen und damit als Bestandteil desselben betrachtet werden.
Ausser den beiden als Beispiele beschriebenen Grenzfällen können beliebige dazwischenliegende Raumzustände abgebildet werden, wobei der Zuordnung zwischen den Pegeldifferenzen und den abzubildenden Laufzeitdifferenzen entsprechend den. Kurven in den Fig. 1 und 2 Rechnung getragen werden muss.
Beträgt in dem vorgegebenen Raumbeispiel die Entfernung des ausreichend indirekten Schallempfangenden Raummikrophons MR, vom Primärmikrophon l [m], und will man einen zwischen den Raumpunkten des Primär- und des Raummikrophons herrschendem Schallfeldzustand übertragen, was im vorliegenden Fall bedeutet, dass der indirekte Schall im Wiedergaberaum um eine zwischen 0 und 35 ms liegende Zeit 4t später gegenüber der primären Infor-
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mation abgestrahlt werden muss, so ist letztere um eine Zeit
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gegenüber dem indirekten Schall zu verzögern,
wobei der Pegel des Raumschalles MP" gegenüber dem Pegel der Primärinformtion nach dem Kurvenverlauf in, Fig. 2 um einen der abzubildenden Laufzeitdifferenz ,9t entsprechenden Betrag verringert werden muss. Durch diese Massnahme kann der im Wiedergaberaum empfundene scheinbare Abstand des Hörers zum Schallgeschehen variiert werden.
Im einzelnen beruht das Verfahren darauf, dass aus dem indirekten Schallfeld ebenfalls Informationen aufgenommen werden, so dass z. B. in der X1Y- Tec'hnik (z. B. mittels 2 Nieren) 2 Raum-Teilinfor- mationen X, und Y, bzw. in der MS-Technik (z. B. mittels einer nach vorn gerichteten Niere und einer dazu hergestellten Acht) 2 Raum-Teilinformationen M,. und S, entstehen. Diese Informationen werden jeweils den, entsprechenden Teilinformationen des Direktschalles mit entsprechenden Laufzeitdifferenzen hinzugefügt. Diese Zusammenfügung kann durch Summenbildung mittels eines Differentialübertragers erfolgen.
Sind X und Y bzw. M und, S die eigentlichen, Stereosignale, so entstehen die resultierenden Signale X = X + Y, und F = Y -f- Y, (la) bzw.
M=M+Mr und S=S+S, (1b) Es wird hierbei vorausgesetzt, dass die Informationen in der X/Y-Technik jeweils in die entsprechenden Informationen der MS-Technik und umgekehrt durch die Verwendung von Differentialübertragern umgewandelt werden können.
Die beiden zusammengesetzten Informationen@X und T bzw. M und S können in der bekannten 2-Kanal-Technik übertragen und mittels einer üblichen Links-Rechts-Lautsprecheranordnung bzw. mittels eines nach vorm arbeitenden Halbraumstrahlers und eines dazu quer gestellten Gradientenlautspre- chers wiedergegeben werden.
Verwendet man das primäre Stereomikrophon im weitgehend' direkten Schallfeld und das Raummikrophon im weitgehend indirekten Schallfeld, so ist dieses Beispiel im Prinzip kompatibel, da ein optimales monophones Signal auch. Informationen. aus dem indirekten Schallfeld enthalten muss, was durch die Mischung M = M + M, gewährleistet ist.
In entsprechender Weise können auch AIB- Signale verwendet werden.
Da nach aus der Literatur bekannten Unter- suchurngen [2] der Hauptanteil der Raumreflexion aus der Umgebung der vorderen linken und rechten Raumkante kommt, liegt eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens darin, zur Erfassung der wesentlichen Anteile zusätzlich zum im direkten Schallfeld arbeitenden primären Mikrophonsystem im ind'itek- ten Schallfeld ein zweites Mikrophonsystem, und zwar ein Komzidenzsystem mit zwei nach diesen vorderen Raumkanten ausgerichteten Nierenmikrophonen, zu verwenden.
Bildet man aus den Informationen X, und, Y, ein S-Signal S, = X, - Y, und verzichtet auf die Übertragung eventuell in der Raumlängsachse noch von vorn einfallender Komponenten, so folgt unter Vernachlässigung von; M, in Gleichung Gl. (1b) M=M und S=Sr=S+(Xr-Yr).
Da sich hieraus mittels eines Differentialübertragers
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ergibt, folgt
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und damit
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und S,. = Xr - Y, ist, folgt schliesslich
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Das bedeutet, dass die direkten Informationen mit den indirekten Informationen dadurch kombiniert worden können, dass das aus den Signalen des im in- direkten Feld arbeitenden Koinzidenzmikrophons gebildete Differenzsignal X, - Y, gegenphasig (durch Umpolung) den Stereoinformationen aus dem direkten Schallfeld zugefügt wird.
Dieses Verfahren ist dann mit der bisher üblichen monophonen t1'bertragungstechnnk streng kompatibel, insofern, als dann, wie man durch Addition der entsprechenden Gleichungen. erkennt, die elektrische Summe von X und Y das übliche monophone Signal X + Y = M ergibt.
In vereinfachter Weise kann daher im indirekten Schallfeld auch zur Bildung des Signals X, - Yr ein. zu den Seitenwänden orientiertes Achtermikrophon
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verwendet werden, dessen Information als S,-Signal dem primären Stereo-S-Signal hinzugefügt wird. Das Verfahren bleibt hierbei streng kompatibel mit der bisher üblichen monophonen Technik.
In entsprechender Weise können gemäss den Gleichungen 3 statt der direkten Signale X und Y bzw. der entsprechenden Raumsignale X, und Y, auch A/B-Signale bzw. A,/B,-Signale verwendet werden.
Das Verfahren bleibt auch kompatibel, wenn man in den Gleichungen (2a) und (2b) bzw. (3a) und (3b) das Differenzsignal S, = =X, - Y, durch ein beliebiges Raumsignal R ersetzt.
In vereinfachter Weise kann daher für grobe Annäherungen auch im indirekten Schallfeld ein Kugelmikrophon verwendet werden, dessen Information R gegenphasig (durch Umpolung) den symmetrischen Signalen des Direktschalles hinzugefügt wird bzw. dessen Information R in der M/S-Technik zum Stereo- S-Signal addiert wird. Dabei muss natürlich auf die Einstellung der richtigen Pegelverhältnisse geachtet werden, da je nach Ausbildung der Schaltung Ver- änderungen des Pegels in den Verzögerungsgliedern, bei der Addition und dergleichen entstehen.
Will man eine monophone Übertragung, Speicherung oder Wiedergabe mit zusätzlichem Raumschall (ambiophonem Schall) versehen, so kann. in an, sich bekannter Weise ein Kanal die monophone Toninformation M und der zweite Kanal die aus dem indirekten Schallfeld entnommene Information R führen, wobei es jedoch für die richtige Einbeziehung des Hörers in. den Ursprungsraum in entsprechendem Abstand zur Schallquelle ebenfalls erforderlich ist, die oben beschriebenen Anordnungs- und Verzögerungsmassnahmen anzuwenden.
Für diesen Fall ist es auch möglich, durch Summen- und Differenzbildung aus dem monophonen Tonsignal M und dem Raumsignal R die symmetrischen Informationen X==M+R Y= M-R zu gewinnen, diese auf 2 Kanälen zu übertragen und in der bekannten Links/Rechts-Technik zur Abstrahlung zu bringen.
Diese Massnahme hat den Vorteil, dass bei der kombinierten Übertragung von monophonen und ambiophonen Informationen die Abhörtechnik beim Hörer die gleiche bleiben kann wie bei der üblichen Stereoabhörtechnik, was nicht ohne weiteres gewährleistet ist, wenn, wie oben. erläutert, ein Kanal das M- und der andere Kanal das R-Signal führt.
Als R-Signal kann hierbei ein Sr-Signal, wie es von einem nach den Seitenwänden orientierten Achtermikrophon gewonnen wird, bzw. als Differenzsignal eines aus 2 Nierenmikrophonen bestehenden Koinzidenzsystems, wie oben erläutert, gebildet werden kann, oder auch in vereinfachter Weise die Information eines Kugelmikrophons verwendet werden.
Beträgt entsprechend der gegenphasigen Anschal- tung die Phasenverschiebung zwischen den den Signa- len, des Direktschalles hinzugefügten symmetrischen Signalen des Raumschalles -r (180 ), so empfindet man den Raumeindruck symmetrisch von rechts und links.
Beträgt, bezogen auf stationäre bzw. quasistatio- näre Frequenzgemische, ciie Phasenverschiebung Ler symmetrischen Raumsignale
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so ergibt sich ein subjektiv empfundener Schwerpunkt des indirekten Schalles rechts bzw. links. Diese Erkenntnis führt dazu, diesen Effekt unter Verwen..jung eines bekannten Breitbanüphasenschiebers, der die fre- quenzunabhängig; Regelung einer Phasendifferenz gestattet, zur bewussten örtlichen Verschiebung des Schwerpunktes der Richtung des indirekten Schalles zu benutzen, was z. B. bei der technischen Gestaltung von Hörspielen von Nutzen sein kann.
Es wird dafür zweckmässig sein, die Phasenverschiebung kontinuierlich regelbar auszulegen. Da die beschriebene Erscheinung mit wachsendem Verhältnis der Intensität des indirekten Schalles zu der des Direktschalles zunimmt, wird die subjektive Auswirkung der durch die Phasenregelung erzielbaren Schwerpunktverschiebung am grössten bei der Abbildung der vom Schallereignis entfernter liegenden Raumzustände sein.
Der wirksame Aufnahmewinkel des Raummikrophons kann nach dem in der Literatur beschriebenen Prinzip des Basisreglers [1] verändert werden, wie es zur Spreizung und Schrumpfung der Basisbreite in der üblichen, mit Koinzidenzmikrophon durchgeführten Stereophonietechnik geschieht.
Die Richtung, aus der der Schwerpunkt der indirekten Schallinformation gehört werden soll, kann nach dem aus der Literatur bekannten Prinzip des Richtungsreglers [1], wie es für die übliche, mit Koinzidenzmikrophonen durchgeführte Stereotechnik geschieht, variiert werden.
Zur Erzielung bestimmter Raumeffekte, z. B. bei Hörspielen und Effektmusik, können statt natürlicher Rauminformationen aus dem Ursprungsraum auch aus den direkten Signalen (mittels Hallraum, Hauplatte, Magnettonmaschine usw.) in bekannter Weise gewonnene Reflexionen allein oder in Kombination mit Informationen aus dem Ursprungsraum verwendet werden.
Die Einbeziehung des Hörers in die akustische Atmosphäre des Ursprungsraumes wird dann optimal sein, wenn der Hörer auch indirekte Informationen aus dem hinteren Halbraum erhält, wie es bei Originalgeschehen der Fall ist. Diese Informationen sind im allgemeinen in der Intensität geringer gegenüber den Informationen aus dem vorderen Halbraum, da sie meist durch 2-, 3- und mehrmalige Reflexionen zustande kommen und demgemäss entsprechend dem mittleren Absorptionsvermögen der Wände stärker geschwächt sind.
Ein wesentlicher Teil dieses von hinteren Raumteilen reflektierten Schalles kommt im Fall des Origi- nalgeschehens, wie man nach der Niethode der Spiegelbilder nachweisen kann, aus der Umgebung der
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hinteren linken und rechten Raumkante und ist bei einem Platz guter Hörsamkeit gegenüber dem vorderen Schall 2-3 d'b schwächer.
Will man solche rückwärtigen Informationen ebenfalls im Wiedergaberaum abbilden, so ist es in weiterer Ausbildung des Systems möglich, diese aus den von vorn in den Wiedergaberaum eingestrahlten Hauptsignalen zu gewinnen und! diese für den genannten Fall entsprechend dem zu erwartenden frequenzmässigen Nachhallverlauf des Ursprungsraumes frequenzkorrigiert (in den hohen Frequenzen durch lineare Verzerrung abfallend) und dann ebenfalls um 2-3 db schwächer durch in den hinteren Kanten des Wiedergaberaumes angebrachte Lautsprecher diffus einzustrahlen, und zwar so,
dass die hintere linke indirekte Information aus der vorderen rechten indirekten Information und die hintere rechte indirekte Information aus der vorderen linken indirekten Information abgeleitet wird, da die linken hinteren indirekten Informationen quasi als Spiegelbilder der rechten vorderen indirekten Informationen und umgekehrt die rechten hinteren indirekten Informationen quasi als Spiegelbilder der linken vorderen indirekten Informationen anzusehen sind.
Diese zusätzliche Massnahme wird um so wirksamer und daher um so zweckmässiger sein, je nachhallärmer und, je grösser der Wiedergaberaum ist.
Nachfolgendes Beispiel soll das im einzelnen erläutern: Da in der vereinfachten Darstellung [siehe die Gleichungen (2) und (3)] beispielsweise die von links ein-estrahlte vordere komplexe Hauptinformation sich von der von rechts eingestrahlten vorderen komplexen Hauptinformation dadurch unterscheidet, dass der Anteil der indirekten Informationen von, links zu den von rechts gegenphasig orientiert ist, ergibt sich z.
B. für die Rückgewinnung weitgehend indirekter Signale aus den komplexen Hauptinformationen eine Mög- lichkeit dadurch, dass man die Differenz zwischen den Hauptinformationen X und Y bildet, wodurch die Information (X - Y) + (X, - Yr) = S + S, entsteht.
Hierbei ist (X,-Y,.) als S-Signal der indirekten Informationen eine nicht richtungsorientierte Information. In gleicher Weise ist (X- Y) als S-Signal der direkten Informationen nicht richtungsorientiert. Die aus der Differenzbildung der Hauptinformation sich ergebende Summe dieser Teilinformationen bleibt ebenfalls nicht richtungsorientiert. Die durch Differenzbildung der Hauptsignale entstandene Information ist daher geeignet, als rückwärtige Information eingestrahlt zu werden. Dabei ist zu betonen, dass diese die natürlichen Reflexionen des Ursprungsraumes enthält.
Da energetisch gesehen (integriert über den für den Gesamtheitseindruck einer Hörempfin- dung wichtigen Zeitraum von etwa 50 ms, dessen Energieinhalt auch als Nutzschall bezeichnet wird), in den Gesamtinformationen X und Y das Raum-S- Signal X, - Y, gegenüber dem Stereo-S-Signal X-Y überwiegt, bedeutet das, dass, wenn das linke Hauptsignal vorwiegend Xr-Yr und das rechte Hauptsignal vorwiegend Y,-X, enthält,
das linke rückwärtige indirekte Signal nach den Gesetzen per Spiegelung (von Ecke zu Ecke) vorwiegend die Information Y,-Xr und das rechte rückwärtige indirekte Signal vorwiegend die Information X,-Yr enthalten sollte. Das ist anisnähernd gewährleistet, wenn man das Diffe- renzsignal (X-Y) + (Xr-Yr) der Hauptinformation diagonal versetzt gegenüber den Hauptinformationen rückwärtig einstrahlt.
Die Fi'g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall einer stereo-ambiophonen Übertragung. Die von den primären Stereomikrophonen im Ursprungsraum U vom Klangkörper K herrührenden Signale X und Y werden über Verzögerungseinrichtungen V mit den Stereo-Rauminformationen X, und Yr unter Zuhilfenahme eines Differentialübertragers D, und unter Beachtung der gegenphasigen Anschaltung der Rauminformationen additiv kombiniert und den Hauptlautsprechern Lt und L2 im Wiedergaberaum W zugeführt.
Die gegenphasige Zuführung ist mit gestrichelter Linie dargestellt. Unter Zwischenschaltung des Differentialübertragers D2 wird aus den Hauptinfor- mationen X undT als Differenzsignal die Rauminformation S + S, gewonnen, die in pegelverminderter und frequenzkorrigierter Form als Information (S + Sr)' den zusätzlichen Raumlautsprechern L3 und L4 gegenphasig zugeführt wird.
Fig. 5 zeigt die vereinfachte Form für den einfachen Fall einer mono-ambiophonen Übertragung. Hi.rbei wird das von einem Monomikrophon herrührende Monosignal M nach Verzögerung mit dem gegenphasig eingespeisten Raumsignal R kombiniert und als resultierende Signale M + R bzw.
M - R den Hauptlautsprechern Lt bzw. L2 im Wiedergaberaum W zugeführt. Über einen Differentialübertrager D wird als Differenzsignal die Rauminformation 2R zu- rückgewonnen und wieder pegelvermindert und fre- quenzkorrigiert als Information R' gegenphasig den Raumlautsprechern L3 und L4 zugeführt.
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Method for two-channel recording, recording, transmission and reproduction of sound events The invention relates to a method for two-channel recording, recording, transmission and reproduction of sound events with at least two microphone systems, one of which is close to the source of the sound event and the second is remote from it is located in a room, with two recording or transmission channels and with at least two loudspeakers that radiate in the usual way with stereophony.
The problem of an illusion-promoting transmission can be differentiated by distinguishing between two problems, namely between the transmission of the direct sound information originating from the sound event and the transmission of the information dependent on spatial properties: from the i'nd'irect sound field, the listener convey the acoustic atmosphere and give him the impression that he is himself in the original room (ambiophony). In general, three pieces of information must be transmitted in order to achieve the most lifelike reproduction possible, namely:
1. from sound information, as happens with the usual monophonic single-channel technology, 2. from the spatially distributed sound event, directly. Directional information contained in the sound field, as can be done with stereophonic transmission technology with the aid of a second channel, and 3.
of spatial information from the indirect sound field at the observer's location, as can happen on the second channel if the first channel only transmits the monophonic jack information. All procedures are assumed to be known which record, transmit and reproduce stereophonic information as AIB, X1Y or MS signals in two channels.
In the following, the term AAB technique is used to describe a stereophonic method in which two or more separate microphones are used with a distance equal to that of the human ears (as in the case of the so-called artificial head, which is used for acoustic measurements and measurements), or greater (these are called spatially distributed microphones). The directional characteristics and the distances of the microphones (both from the sound source and from each other) can produce differences in the transit time and / or the intensity, which can vary greatly in size.
For special situations, a third microphone can be combined with two side microphones, the signals from which are fed into the outputs of the side microphones. In AAB technology, which works with two channels, this method delivers the sound information in the form of an A signal and a B signal.
This method is not compatible. A stereophonic recording can be said to be compatible if a perfect monophonic sound reproduction can be obtained from both a technical and an artistic point of view through electrical addition of the sound information parts. It is required that the monophonic reproduction obtained in this way is equivalent, in any case not much worse than the effect that can be achieved with monophonic technology under optimal conditions.
The AAB technology is generally not compatible, since phase and transit time differences cancel out certain fre-
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cause sequences when the A and B signals are combined.
On the other hand, the term X / Y technology means a stereophonic method with microphones that are spatially closely spaced (coincidence microphones) and have the same directional characteristics.
For example, directional microphones with cardioid characteristics (sometimes referred to as kidney-shaped) or cosine microphones (also: figure eight microphone ;: called) can be used; Spherical or spherical microphones are not suitable for this. A coincidence microphone is a microphone system consisting of two microphones that are so closely assembled that the path differences to a given sound source are practically negligible. With such types of microphone: only intensity differences according to their specific directional characteristics predominate.
The X / Y technique is therefore also known as intensity stereophony. The signal components are X and. Called Y signals, which can be added or subtracted using a differential converter. In this way, X + Y gives an M or mine signal while X-Y gives an S or side signal.
It follows from this that the M signal is technically the equivalent of complete monophonic sound information.
The X and Y sound components can be reproduced via two separate loudspeakers using conventional L / R (left-right) technology. However, it is also possible to use the M / S sound information to feed a spherical loudspeaker or a forward radiating half-space radiator (for the M signal) in combination with a gradient loudspeaker with figure-eight directional characteristic (for the S signal) .
The AIB and the X / Y techniques are also referred to as the symmetrical technique because the signals are symmetrical in shape.
The term MUS Technik describes a stereophonic recording method that also works with a coincidence microphone; you can also call it the middle / side technique. In this case either a ball, cardioid or cosine microphone can be used for the M (center) signal, while another cosine microphone, which is arranged at right angles to the former, picks up the S (side) sound component . With this technique, the M and S signals are obtained without electrical conversion.
The M signal corresponds to complete monophonic sound information; The MS technology is therefore compatible.
The sound information can also be reproduced by means of a forward-acting half-space radiator (M) and a gradient loudspeaker (S) acting on the sides or, if X1Y information is formed from it by means of differential converters, it can be converted using the left-right technique (LIR) can be emitted via two speakers arranged on the side. The MS technique is also known as the unbalanced technique because it uses signals of unbalanced form.
In short: AIB = technology of distant microphones XIY and. Technology of the coincidence microphones M @S = local. microphones combined as closely as possible) In a simplified modification, arrangements with a pseudo-stereophonic effect are used in which, in addition to a mine loudspeaker which emits a monophonic signal, 2 side loudspeakers are used, which derive a time-delayed secondary signal in phase or out of phase radiate.
Methods are also known in which, in order to achieve a pseudostereophonic effect, time-delayed secondary information derived from a monophonic signal is added in phase opposition to the mono signal emitted in phase via 2 loudspeakers (Lauridzen® effect). This measure gives a primitive spatial effect, because through the unique temporal repetition of the primary direct signal, only a single spatial reflection is artificially imitated, but this never allows the properties of the space to be mapped to be characterized.
Methods are also known according to which information is recorded by means of additional microphones arranged in the more distant part of the room, which information is added to the information recorded in the front. However, this only results in a larger fraction in the transmission.
To imitate room reflections, the method of the web eonachhal @ l-s according to Vermeulen is known, in which the primary signal of the direct sound by its artificial delay by known devices, e.g. B. by means of a magnetic sound carrier, derived additional information delayed differently in time with respect to the primary signal and emitted by additional loudspeakers distributed in various ways in the playback room with different running times and level ratios. This allows diffuse sound fields to be imitated in the reproduction room. This procedure has recently been called ambiophony.
Sometimes a playback head is also coupled back to the recording head of a magnetic sound device, which simulates an artificial reverberation. This method is generally used in order to change a possibly unsatisfactory audibility of a room in which an original sound event or also a loudspeaker reproduction takes place with regard to diffusivity and reverberation.
However, it does not convey true information about the recording room in which the original event takes place or, in the case of a recording, took place. The result of such. Procedure
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rens is essentially left to the discretion of the surgeon, who uses a magnetic sound device from the usual microphone signals obtained in the largely direct sound field to synthetically generate additional information with regard to level ratios and transit time delays, which have nothing in common with the indirect sound field in the original room.
Methods are also known for recording such information on a sound carrier in the correct dosage on several tracks in order to play it back in the playback room in the finished packaging. Use is made here of varying the mutual intensity, delay and timbre of individual transmission channels or recorded tracks.
Occasionally, in order to create the desired effects in the recording or playback process to reverberate individual tracks to be transmitted, recorded or recorded, additional multi-dimensional reverberation devices are switched on whose information in terms of intensity, duration and timbre is relative to the other transmission channels or Recording tracks are also variable.
A method is also known for transmitting natural spatial information on a second channel in addition to the usual monophonic primary signal. However, the transmission of stereo signals must be dispensed with here. In addition, the method has its practical limits at a maximum distance of 12 m between the primary microphone transmitting the sound information and the room microphone. This area, which corresponds to time differences of up to about 35 ms, does not contain any high-energy reflections, especially in large rooms (see Fig. 2), so that the conditions in a good place in the hall cannot be reproduced with this method (Yeb.
V With the simple transmission of an additional room signal, one perceives the sound image as if through a large window from a room behind it. Compared to the usual transmission technology, the sound image now contains more spatial information, which makes it appear more reverberant and shows more clearly that the recording was made in a more or less large room; however, the listener does not feel included in the space of the acoustic occurrence.
The object of the present invention is to provide a two-channel sound recording, transmission, recording, recording and playback system that can nonetheless be used for stereo and monophonic and ambiophonic, in particular stereo-ambiophonic and mono-am'biophor: e effects is suitable to create, in which, in addition to the direct sound, components are used which originate from the natural high-energy reflections of the original room and enable the listener to be included in the acoustic atmosphere of the original room.
It is a further object of the invention to provide a method of the type described above which also enables an artistically and acoustically compatible, compatible monophonic reproduction.
This task is achieved by a method in which, according to the invention, a first microphone system mainly picks up direct sound and a second microphone system picks up mainly the sound reflected at the room boundaries, in which the direct electrical signals formed in the first microphone system are then compared to the indirect signals formed in the second microphone system be delayed about the time
which corresponds to the transit time of the sound between the two microphone systems and in which the level and the transit time difference of the two signals generated by the microphone systems are adjusted by means of amplifiers or control devices in such a way that a listener in a playback room has the impression, even in the recording room to be present.
Then the resulting direct signal and: the resulting room signal coming from the second microphone system are transmitted or recorded either directly or in a linear combination with each other in two channels, which are then broadcast on the playback side in left-right or center-side technology.
Microphone systems are to be understood as meaning that they can be both individual monophones and arrangements of several monophonic or stereophonic individual microphones.
The linear combination characterizes a mixture through simple sums and difference formation, from which the original signals can in turn be recovered through sums and differences.
As a result of the electrical transmission, the signals from the first microphone, which is in the direct sound field, arrive too early compared to the actual acoustic transit time, namely by the time that corresponds to the difference between the acoustic and electrical transit times for the distance between the two microphone systems. This gives the listener the impression of falling apart from the room sound and the associated sound event during playback, which he perceives as hearing through an open window. By delaying the direct signal by around this time, the natural relationship is restored.
A change in this time results in a change in the apparent space in the recording room or in the location of the sound source, which can be used for intended effects.
The invention is to be explained in more detail below by means of theoretical explanations using specific embodiments, for example. The accompanying drawings show: FIG. 1 the temporal course of the reflections of the indirect sound field in a rectangular space of 10,000 n, 3 for a distance of 24 m between the sound source and the observer,
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FIG. 2 shows the corresponding course for a distance of 1-0 m between the sound source and the observer, FIG. 3 shows a schematic example of the arrangement for transmission,
FIG. 4 shows a schematic arrangement example with improved spatial effect in stereophony, FIG. 5 the same example as in FIG. 4, but when using a monophonic direct signal.
To get an idea of the timing of the indirect. To make a sound field in a large room is in Fig. 1 and 2 for the model case of a rectangular room of 10,000 m3, the sound energy of the individual reflections, related to the energy of the direct sound (the R / D ratio) as a function of the transit time difference At shown, namely in Fig. 1 for a distance of the observer of 24 m from the sound source, so z. B. in the rear parquet ", and in Figure 2 for a distance of the observer of 10 m from the sound source, so z.
B. in the front parquet.
This means, calculated for a room volume of 101,000 m3: Curve I - reflections for a reverberation time of T = c-- (in the theoretical case of the house) Curve 1I - simple reflections for a reverberation time of T - 2.5 (s) '' Curve III - double reflections for a reverberation time of T = - 2.5 (s) * Curve IV - triple reflections for a reverberation time of T = 2.5 (s); -: '' in the acoustically lined condition. The dots indicate the temporal position of the single and double reflections, the crosses the temporal position of the triple reflections.
The numbers on the solid curve indicate the frequency of single to triple reflections; The lines directed upwards relate to the single and double reflections, and the lines directed downwards to the number of triple reflections.
If the first case (point I in Fig. 3) is to be mapped in the playback room, the electrical transmission would cause the signals of the direct and indirect sound field to be emitted in the playback room immediately after arriving at the respective microphones MD and MR. , the information from the direct sound arrives too early in the playback room by a time corresponding to the distance of 19 m compared to the conditions in the original room.
In order to obtain a subjective impression corresponding to the sound field condition prevailing in room point I also in the playback room, the direct switching must be delayed compared to the sound from the direct sound field by a time of 55 ms corresponding to the 19 m. If you want to transfer the state of the front parquet (room point II, d == 10 m), the direct sound would arrive too early by a time corresponding to a distance of 5 m. The direct sound would have to be delayed by 14.5 ms compared to an indirect signal recorded in room point II if one wanted to proceed accordingly.
With this measure, however, there is the disadvantage that when the delay occurs, the direct signal recorded by the microphone MD and the room microphone MRII at point II, as well as the first signal, which also comes in from the front and coming from the floor about 5 ms later, coincide Reflection a falsifying amplification of the direct impression compared to the indirect sound arriving 35 ms later in a more dense sequence of individual reflections. But this is a state that does not exist in the original space.
To avoid this, a better method of transmitting the indirect signal is to basically record the indirect information at the more distant spatial point I, which has a more even temporal distribution of reflections, and to use this while delaying the direct signal, e.g. B. by 55 ms, if you want to represent the state in this point I in space.
If you want to maintain the conditions of the front parquet (room point 1I), in this case you delay the direct sound compared to the indirect sound recorded in room point I by about 20 ms and at the same time lower the level of the indirect signal from the more distant room point I by about 8 db compared to direct sound, as can be seen by comparing the two figures. This measure then occurs. a coincidence of direct sounds arriving at the primary microphone and the room microphone no longer occurs in the listener, and the above-mentioned falsified subjective effects can therefore no longer be triggered.
The direct sound arriving at spatial point I can in this case be included in the indirect sound immediately following it and thus be regarded as a component of the same.
In addition to the two borderline cases described as examples, any space conditions in between can be mapped, with the assignment between the level differences and the transit time differences to be mapped corresponding to the. Curves in Figs. 1 and 2 must be taken into account.
In the given room example, if the distance of the room microphone MR, which is sufficiently indirect, is l [m] from the primary microphone, and if one wants to transmit a sound field condition between the spatial points of the primary and room microphone, which in the present case means that the indirect sound in the playback room a time between 0 and 35 ms 4t later than the primary information
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mation must be emitted, the latter is at a time
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to delay the indirect sound,
The level of the room sound MP ″ must be reduced compared to the level of the primary information according to the curve in Fig. 2 by an amount corresponding to the delay time difference to be mapped. This measure allows the listener's apparent distance to the sound events perceived in the playback room to be varied.
In detail, the method is based on the fact that information is also recorded from the indirect sound field, so that, for. For example, in X1Y technology (eg using 2 kidneys) 2 partial spatial information items X and Y, or in MS technology (eg using a forward kidney and one to go with it produced eight) 2 space part information M ,. and S, arise. This information is added to the corresponding partial information of the direct sound with corresponding transit time differences. This combination can be done by summing up using a differential transformer.
If X and Y or M and, S are the actual stereo signals, then the resulting signals X = X + Y, and F = Y -f- Y, (la) or
M = M + Mr and S = S + S, (1b) It is assumed here that the information in the X / Y technology can be converted into the corresponding information in the MS technology and vice versa by using differential transformers.
The two combined pieces of information @ X and T or M and S can be transmitted in the known 2-channel technology and reproduced by means of a conventional left-right loudspeaker arrangement or by means of a half-space radiator that works in front and a gradient loudspeaker positioned transversely to it .
If the primary stereo microphone is used in the largely direct sound field and the room microphone is used in the largely indirect sound field, this example is in principle compatible, since an optimal monophonic signal is also used. Information. from the indirect sound field, which is ensured by the mixture M = M + M.
AIB signals can also be used in a corresponding manner.
Since, according to studies known from the literature [2], the main part of the room reflection comes from the area around the front left and right edge of the room, an advantageous application of the method is to record the main parts in addition to the primary microphone system working in the direct sound field in the ind It is necessary to use a second microphone system, namely a commercial system with two cardioid microphones aligned with these front room edges.
If an S-signal S, = X, - Y is formed from the information X, and, Y, and if the transmission of any components still incident from the front in the longitudinal axis of the room is dispensed with, then, disregarding; M, in equation Eq. (1b) M = M and S = Sr = S + (Xr-Yr).
Since this results from a differential transformer
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results, follows
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and thus
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and S ,. = Xr - Y, it finally follows
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This means that the direct information can be combined with the indirect information by adding the difference signal X, - Y, formed from the signals of the coincidence microphone working in the indirect field, in phase opposition (by polarity reversal) to the stereo information from the direct sound field.
This method is then strictly compatible with the monophonic transmission technology that has been customary up to now, insofar as how one can then add the corresponding equations. recognizes that the electrical sum of X and Y results in the usual monophonic signal X + Y = M.
In a simplified way, therefore, in the indirect sound field it is also possible to generate the signal X, - Yr. Eight microphone oriented towards the side walls
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whose information is added as an S, signal to the primary stereo S signal. The process remains strictly compatible with the monophonic technology that has been used up to now.
In a corresponding manner, according to equations 3, A / B signals or A / B signals can also be used instead of the direct signals X and Y or the corresponding room signals X and Y.
The method remains compatible even if the difference signal S, = = X, - Y, is replaced by any room signal R in equations (2a) and (2b) or (3a) and (3b).
In a simplified way, a spherical microphone can therefore be used for rough approximations in the indirect sound field, the information R of which is added in phase opposition (by reversing the polarity) to the symmetrical signals of the direct sound or its information R in M / S technology to the stereo S signal is added. In doing so, it is of course necessary to ensure that the correct level ratios are set, since, depending on the design of the circuit, changes in the level occur in the delay elements, during addition and the like.
If you want to provide a monophonic transmission, storage or playback with additional room sound (ambiophonic sound), you can. In a manner known per se, one channel carries the monophonic sound information M and the second channel carries the information R taken from the indirect sound field, although the above is also necessary for the correct inclusion of the listener in the original room at a corresponding distance from the sound source to apply the ordering and delaying measures described.
In this case, it is also possible to obtain the symmetrical information X == M + RY = MR by forming the sum and difference from the monophonic sound signal M and the room signal R, to transmit this on 2 channels and to use the known left / right To bring technology to radiation.
This measure has the advantage that, with the combined transmission of monophonic and ambiophonic information, the listening technique for the listener can remain the same as with the usual stereo listening technique, which is not easily guaranteed if, as above. explains that one channel carries the M signal and the other channel carries the R signal.
An Sr signal, as obtained from a figure-eight microphone oriented towards the side walls, or as a difference signal of a coincidence system consisting of 2 cardioid microphones, as explained above, can be used as the R signal, or, in a simplified manner, the information of a Ball microphones can be used.
If the phase shift between the symmetrical signals of the room sound added to the signals of the direct sound is -r (180), the spatial impression is perceived symmetrically from the right and left.
Relative to stationary or quasi-stationary frequency mixtures, this amounts to the phase shift of symmetrical room signals
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this results in a subjectively perceived center of gravity of the indirect sound on the right or left. This knowledge leads to this effect using a well-known wide-range phase shifter, which is frequency-independent; Regulation of a phase difference allows to use the conscious local shift of the center of gravity of the direction of the indirect sound, which z. B. can be useful in the technical design of radio plays.
It will be useful to design the phase shift to be continuously adjustable. Since the described phenomenon increases with the increasing ratio of the intensity of the indirect sound to that of the direct sound, the subjective effect of the shift in the center of gravity that can be achieved by the phase control will be greatest when mapping the spatial conditions further away from the sound event.
The effective recording angle of the room microphone can be changed according to the principle of the basic controller [1] described in the literature, as is done to spread and shrink the base width in the usual stereophonic technology carried out with a coincidence microphone.
The direction from which the center of gravity of the indirect sound information is to be heard can be varied according to the principle of the direction controller [1] known from the literature, as is done for the usual stereo technology carried out with coincidence microphones.
To achieve certain spatial effects, e.g. B. in radio plays and effect music, instead of natural room information from the original room, reflections obtained in a known manner from the direct signals (by means of reverberation room, main plate, magnetic sound machine etc.) can be used alone or in combination with information from the original room.
The inclusion of the listener in the acoustic atmosphere of the original room will be optimal if the listener also receives indirect information from the rear half-space, as is the case with original events. This information is generally lower in intensity compared to the information from the front half-space, since it mostly comes about through two, three and multiple reflections and is accordingly more weakened according to the average absorption capacity of the walls.
In the case of the original event, a substantial part of this sound reflected by the rear parts of the room comes from the surroundings of the
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rear left and right edge of the room and is 2-3 db weaker than the front sound if there is good audibility.
If you want to display such rear information in the playback room as well, it is possible in a further development of the system to obtain it from the main signals radiated into the playback room from the front and! these are frequency-corrected for the case mentioned in accordance with the expected frequency-related reverberation curve of the original room (falling in the high frequencies due to linear distortion) and then also diffuse by 2-3 db weaker through loudspeakers installed in the rear edges of the playback room, as follows,
that the rear left indirect information is derived from the front right indirect information and the rear right indirect information from the front left indirect information, since the left rear indirect information is more or less as mirror images of the right front indirect information and vice versa the right rear indirect information is more or less as Mirror images of the left front indirect information are to be seen.
This additional measure will be all the more effective and therefore all the more useful, the lower the reverberation and the larger the playback room.
The following example is intended to explain this in detail: Since in the simplified representation [see equations (2) and (3)], for example, the front complex main information irradiated from the left differs from the front complex main information irradiated from the right in that the component the indirect information from the left is oriented in phase opposition to the right, z.
B. for the recovery of largely indirect signals from the complex main information a possibility by forming the difference between the main information X and Y, whereby the information (X - Y) + (X, - Yr) = S + S, arises.
Here, (X, -Y ,.) as the S signal of the indirect information is non-directional information. In the same way, (X-Y) as the S signal of the direct information is not directional. The sum of this partial information resulting from the formation of the difference between the main information also does not remain directional. The information produced by forming the difference between the main signals is therefore suitable for being radiated in as rear information. It should be emphasized that this contains the natural reflections of the original space.
From an energetic point of view (integrated over the period of about 50 ms, which is important for the overall impression of a hearing sensation, the energy content of which is also referred to as useful sound), in the overall information X and Y the room S signal X, - Y, compared to the stereo -S signal XY predominates, this means that if the left main signal predominantly contains Xr-Yr and the right main signal predominantly Y, -X,
the left rear indirect signal according to the laws of reflection (from corner to corner) should contain mainly the information Y, -Xr and the right rear indirect signal mainly the information X, -Yr. This is almost guaranteed if the difference signal (X-Y) + (Xr-Yr) of the main information is radiated backwards, diagonally offset from the main information.
The Fi'g. 4 shows an exemplary embodiment for the case of a stereo-ambiophonic transmission. The signals X and Y originating from the primary stereo microphones in the original room U of the sound body K are additively combined via delay devices V with the stereo spatial information X, and Yr with the aid of a differential transformer D, and taking into account the anti-phase connection of the spatial information and the main loudspeakers Lt and L2 in the playback space W supplied.
The opposite phase feed is shown with a dashed line. With the interposition of the differential transformer D2, the spatial information S + S is obtained from the main information X and T as a difference signal, which is fed to the additional room loudspeakers L3 and L4 in phase opposition as information (S + Sr) 'in a level-reduced and frequency-corrected form.
Fig. 5 shows the simplified form for the simple case of a mono-ambiophonic transmission. After a delay, the mono signal M from a mono microphone is combined with the room signal R fed in out of phase and converted into the resulting signals M + R or
M - R supplied to the main loudspeakers Lt and L2 in the playback room W, respectively. The room information 2R is recovered as a differential signal via a differential transformer D and again reduced in level and frequency-corrected as information R 'fed to the room loudspeakers L3 and L4 in antiphase.