DE102005001395A1

DE102005001395A1 - Sound early field transformation for reproduction of recordings uses Huygens principle wave field synthesis and room data to reproduce recording room reflections

Info

Publication number: DE102005001395A1
Application number: DE200510001395
Authority: DE
Inventors: Helmut Oellers
Original assignee: Individual
Current assignee: Holoplot De GmbH
Priority date: 2004-01-17
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: DE102005001395B4; DE102004002532A1

Abstract

A sound early field transformation uses a Huygens principle wave field synthesis to combine recording and listening room data in virtual sound sources with octave band frequency response setting to recreate the waves from reflecting surfaces in the recording room in the listening room by reflections from the listening room surfaces.

Description

Teil a) ProblembeschreibungPart a) Problem description

Die Audiowiedergabe mit Lautsprechern wurde in den letzten Jahrzehnten deutlich verbessert. Computergestützte Entwicklung und Fertigung sichern nun selbst im Konsumerbereich ausgezeichnete technische Parameter. Und dennoch: Auch die besten Anlagen versagen bis heute kläglich, verglichen mit dem Originalschallfeld.The Audio playback with speakers has been in the last few decades clearly improved. Secure computer-aided development and manufacturing now even in the consumer sector excellent technical parameters. And yet: Even the best plants fail miserably today, compared to with the original sound field.

Die Ursache hierfür kann nicht mehr in den Unzulänglichkeiten der Wandler selbst begründet sein. Offensichtlich gibt es Fehler im Übertragungssystem, die wir bei der Reproduktion des Schallfeldes nicht korrigieren.The Cause for this can no longer be in the shortcomings the converter itself be justified. Obviously, there are errors in the transmission system that we do not correct when reproducing the sound field.

Genau wie im Originalschallfeld erreicht uns von den Lautsprechern zuerst die direkte Welle. Über die Laufzeitunterschiede zu unseren Ohren können wir im Bereich von ca. 160 bis 3600 Hertz sofort sehr präzise die horizontale Richtung der Schallquelle bestimmen.Exactly as in the original sound field reaches us from the speakers first the direct wave. About the Differences in transit time to our ears can be found in the range of approx. 160 to 3600 Hertz immediately very precisely the horizontal direction determine the sound source.

Dabei ist wichtig, dass diese Wahrnehmung nicht zu früh durch Reflektionen gestört wird. Wenn diese früher als 2 ms nach dem Primärschall eintreffen, verhindern sie nicht nur die präzise Ortung, sondern verwischen auch die Einschwingvorgänge und verändern dadurch den Klangeindruck völlig.there It is important that this perception is not disturbed too early by reflections. If this earlier than 2 ms after the primary sound arrive, they not only prevent the precise location, but blur also the transient processes and change thereby the sound impression completely.

Das geschieht bei herkömmlichen Lautsprechern vor allem dann, wenn sie dicht an den Wänden des Wiedergaberaumes aufgestellt werden. Jenseits dieser Wände erzeugen sie kräftige Spiegelschallquellen, weil sie im Grundtonbereich relativ ungerichtet abstrahlen. Deren Wellenfronten überlagern sich mit der direkten Welle. Deshalb klingt ein und derselbe Lautsprecher in einem Raum gut, im anderen schlecht, je nachdem wie seine frequenzabhängige Richtcharakteristik mit der Raumakustik harmoniert.The happens in conventional Speakers especially if they are close to the walls of the Play room be set up. Create beyond these walls she strengthens Mirror sound sources, because they are relatively undirected in the fundamental tone range radiate. Overlay their wavefronts himself with the direct wave. That's why one and the same speaker sounds good in one room, bad in another room, depending on how its frequency-dependent directional characteristic harmonizes with the room acoustics.

Alle Versuche, die entstehenden Kammfiltereffekte im Frequenzgang dann wieder auszugleichen, bringen neue Probleme. Die Impulsantwort wird oft noch indifferenter und verhindert nun eine exakte Ortung der Punktschallquelle völlig. Zur Veranschaulichung ist in 1 dargestellt, welche Reflektionen den Zuhörer bei einer solchen Anordnung treffen, wenn eigentlich nur eine einzige Wellenfront dargestellt werden soll.All attempts to compensate for the resulting comb filter effects in the frequency response then bring new problems. The impulse response is often even more indifferent and now prevents an exact location of the point sound source completely. By way of illustration is in 1 shown, which reflections meet the listener in such an arrangement, when actually only a single wavefront is to be displayed.

Wenn aber die ersten schallstarken Reflektionen im Zeitfenster zwischen ca. 5 und 50 Millisekunden nach der direkten Welle eintreffen, verfälschen sie den Klangeindruck nicht mehr. Im Gegenteil, sie werden noch direkt dem Primärschall zugeordnet und erhöhen so die subjektiv empfundene Lautstärke. Falls sie dazu aus deutlich anderer Richtung als der Primärschall eintreffen, sorgen sie für das durchsichtige, offene und räumliche Klangbild, wie wir es von realen Schallquellen kennen. Herkömmliche Lautsprecher können das nicht reproduzieren, weil sie diese Richtungsdifferenz nicht darstellen können.If but the first high-sound reflections in the time window between 5 and 50 milliseconds after the direct wave arrive, they falsify the sound impression no longer. On the contrary, they are still direct the primary sound assigned and increase so the subjectively perceived volume. If they are too clear different direction than the primary sound arrive, take care of the transparent, open and spatial Sound picture, as we know it from real sound sources. Conventional speakers can that does not reproduce because they do not have that directional difference can represent.

Dabei ist gerade das der eigentliche Kern jeder Raumakustik, nicht nur in der horizontalen Ebene des Zuhörers, auf die alle herkömmlichen Lautsprecher-Wiedergabe-Verfahren reduziert sind. Unabdingbare Voraussetzung für eine wirklich authentische Reproduktion des Raumeindrucks ist es, dass die ersten schallstarken Reflektionen in allen Ebenen zeit- und richtungs- bezogen wiederhergestellt werden.there This is just the core of every room acoustics, not only in the horizontal plane of the listener, to which all conventional Speaker playback method are reduced. An essential requirement for a truly authentic Reproduction of the impression of space is that the first powerful sound Reflections in all levels have been restored in terms of time and direction become.

Die Elevation einer Schallquelle können wir vor allem über Reflektionen an unseren Ohrmuscheln und am Rumpf bestimmen. Diese frequenzabhängigen Ortungen sind nicht so exakt, wie die Laufzeitortung. Zudem sind sie individuell sehr verschieden, weil die Zuordnungen vor allem über optische Verknüpfungen erlernt werden.The Elevation of a sound source can we especially about Define reflections on our ears and on the trunk. These frequency-dependent Locations are not as accurate as time-of-flight location. In addition are They are individually very different, because the assignments mainly via optical links be learned.

Im Obertonbereich müssen wir uns auch in der horizontalen Ebene auf diese Hörerfahrung verlassen, weil mehrere Wellenlängen innerhalb des Ohrabstandes liegen und die Laufzeitortung deshalb nicht mehr eindeutig ist. Deshalb orten wir auch hier die Schallquellen amplitudenbezogen. Wir haben gelernt, Beugungs- und Abschattungseffekte am Kopf mit einer Richtungs-zuordnung zu verbinden. Dabei werten wir den Frequenzbereich über ca. 8 kHz nicht mehr aus.in the Overtone range need we are also in the horizontal plane to this listening experience leave because of multiple wavelengths within the ear distance and therefore the term location is not is more unique. That's why we also locate the sound sources here amplitude-related. We have learned diffraction and shading effects at the head with a direction assignment to connect. Evaluate we over the frequency range about 8 kHz no longer off.

Wie wichtig die zeitrichtige Staffelung der ersten schallstarken Reflektionen aber unterhalb dieser Frequenz ist, kann man in vielen Konzerthallen der Welt nachvollziehen. Treffen die ersten schallstarken Reflektionen nämlich zu spät, also mehr als ca. 60 ms nach dem Primärschall, beim Zuhörer ein, wird Sprache schwer verständlich und Musik indifferent und verwischt.As important is the timely staggering of the first high-sound reflections but below this frequency, you can in many concert halls of the Understand the world. Meet the first high-sound reflections namely too late, So more than about 60 ms after the primary sound, the listener, a Language difficult to understand and music indifferent and blurred.

Nach ca. 100 ms ist die Richtung der Schallwellen nicht mehr von Bedeutung. Wir ordnen sie dann dem Nachhall zu, der zwar wichtige Infor-mationen zur Beschaffenheit des Raumes liefert, dessen räumliche Ortung aber eine untergeordnete Rolle spielt.To 100 ms, the direction of the sound waves is no longer important. We then assign them to the reverberation, which is important information provides for the nature of the room, whose spatial location but a subordinate Role play.

Deshalb ist es wenig sinnvoll, die Raumdarstellung zu sehr auf die Reproduktion des Nachhalls zu beschränken. Die Darstellung bleibt unglaubwürdig, solange die Lautsprecher der Audiowiedergabe die ersten schallstarken Reflektionen des Wiedergaberaumes aufprägen.Therefore it makes little sense, the spatial representation too much on the reproduction to limit the reverberation. The presentation remains untrustworthy, as long as the speakers of the audio playback the first high-sound reflections of the playback room.

Aus der aufgezeigten Problematik wird deutlich, dass zur natürlichen Reproduktion eines primären Schallfeldes Anforderungen gestellt werden müssen, die herkömmliche Lautsprecherwiedergabe nicht befriedigend erfüllen kann:
Die räumliche Staffelung des Schallfeldes bleibt völlig dem Zusammenspiel von Lautsprecher und Abhörraum überlassen. Wegen ihrer weitgehend ungerichteten Abstrahlung im Grundtonbereich können herkömmliche Lautsprecheranordnungen nicht gewährleisten, dass der Direktschallanteil gegenüber verfrüht eintreffenden Reflektionen des realen Wiedergaberaumes ausreichend groß ist.It becomes clear from the problem indicated that requirements must be made for the natural reproduction of a primary sound field that conventional loudspeaker reproduction can not satisfy satisfactorily:
The spatial staggering of the sound field is entirely left to the interaction of speaker and listening room. Because of their largely non-directional radiation in the fundamental range, conventional loudspeaker arrangements can not ensure that the direct sound component is sufficiently large in relation to premature incoming reflections of the real reproduction space.

Deshalb reproduzieren sie nicht die akustischen Verhältnisse am Aufnahme-Ort, sondern prägen dem Schallereignis die Akustik des Wiedergaberaumes auf, was zwangsläufig zu völlig verfälschten Ergebnissen führen muss. Das Einschwingverhalten des Aufnahmeraumes, also die zeit- und richtungsbezogene Reproduktion seiner ersten schallstarken Reflexionen, können sie überhaupt nicht darstellen.Therefore they do not reproduce the acoustic conditions at the recording location, but shape it Sound event the acoustics of the playback room, which inevitably too completely adulterated Results got to. The transient response of the recording room, ie the time and directional reproduction of its first sonic reflections, can you at all do not represent.

Solch eine gezielte Staffelung der Abstrahlung kann nur eine Lautsprecheranordnung bewirken, deren Ausdehnung sich mindestens über zwei Wellenlängen der abgestrahlten Frequenz erstreckt. Sie muss die Wellenfronten in der horizontalen und in der vertikalen Ebene gesteuert ausrichten können. Die exakte Reproduktion ist vor allem im Gesichtsfeld wichtig, weil wir Fehler hier am schnellsten wahrnehmen. [1]Such a targeted staggering of the radiation can only a loudspeaker arrangement cause the extent of at least two wavelengths of the radiated frequency extends. You have to put the wavefronts in align the horizontal and in the vertical plane controlled can. The exact reproduction is especially important in the field of vision, because we perceive mistakes here most quickly. [1]

Herkömmliche Lautsprecherboxen sind für eine authentische Reproduktion also schon deshalb ungeeignet, weil sie zu klein sind, um eine gezielte Richtcharakteristik im Grundtonbereich zu ermöglichen. Mit kohärent angesteuerten Lautsprechern kann eine solche Richtwirkung nur mit langen Schallzeilen erreicht werden, dann aber auch nur in ihrer Längsachse und nicht steuerbar. Weitaus bessere Möglichkeiten bietet das Verfahren der Wellenfeldsynthese, zu dem es gerade in den letzten Jahren weltweit intensive Forschungsarbeit gibt [2]. Die Einzelstrahler einer Lautsprechergruppe werden dabei durch eine Computersynthese einzeln und differenziert so angesteuert, dass sie gemäß dem Huygens'schen Prinzip wieder einen Ausschnitt einer primären Wellenfront generieren. Ihre Membranen werden dazu exakt zu dem Zeitpunkt ausgelenkt, zu dem auch die Wellenfront der realen Schallquelle ihren Raumpunkt durchlaufen würde.conventional Loudspeakers are for one authentic reproduction is therefore unfit because it is are too small to a specific directional characteristic in the fundamental range to enable. With coherent driven speakers can such a directivity only with long sound lines are reached, but then only in their longitudinal axis and not taxable. The process offers far better possibilities wave field synthesis, which has become very popular in recent years worldwide intensive research work exists [2]. The single emitters of a loudspeaker group are thereby individually and differentiated by a computer synthesis so driven that they again according to the Huygens principle a section of a primary Generate wavefront. Your membranes are exactly to the Time deflected, which also includes the wave front of the real sound source would go through her point in space.

Im Unterschied zu Einzellautsprechern, die nur instabile Phantomschallquellen generieren können, werden so virtuelle Schallquellen erzeugt, die sich in ihrer stabilen Ortbarkeit für den Zuhörer nicht von der Wellenfront des primären Schallfeldes unterscheiden.in the Difference to single speakers, the only unstable phantom sound sources can generate Thus virtual sound sources are generated, which are in their stable Ortability for the listener do not differ from the wavefront of the primary sound field.

Mit dem Verfahren können konvexe und konkave Wellenfronten generiert werden, so dass die Beschränkung herkömmlicher Wiedergabe, nach der die dichteste Schallquelle die Entfernung zum Lautsprecher haben kann, aufgehoben ist.With the method can Convex and concave wavefronts are generated, so that the restriction of conventional Playback, according to which the densest sound source is the distance to the Speaker can be lifted.

Auch parallele Wellenfronten können erzeugt werden, indem der Ausgangspunkt der virtuellen Quelle unendlich weit hinter die Lautsprecherfront verschoben wird, ohne die Amplitude entsprechend abzusenken.Also parallel wavefronts can can be generated by the starting point of the virtual source infinite is moved far behind the front of the speaker, without the amplitude lower accordingly.

Der Aufwand für diese Synthese ist groß, weil die Lautsprecher wegen sonst auftretender Aliasing-Effekte mit Frequenzgangverfälschungen an einzelnen Zuhörerplätzen nicht in zu großem Abstand voneinander montiert sein dürfen. Eine Schallquelle kann auch nur dargestellt werden, wenn sie sich vom Zuhörer aus gesehen innerhalb des Lautsprecherfeldes befindet. Wegen dieses truncation-Effektes werden die Lautsprecher Kreis- oder Rechteckförmig um den Zuhörer aufgestellt, um Schallquellen aus allen Richtungen darstellen zu können. [3] Deshalb ist es heute üblich, das Verfahren auf horizontale Strahlerzeilen zu reduzieren, was aber signifikante Einschränkungen nach sich zieht:
Die Reproduktion der Elevation von Schallquellen ist nicht mehr möglich. In der vertikalen Ebene haben die horizontalen Zeilen das gleiche ungerichtete Abstrahlverhalten wie einzelne Boxen. Bei einem Vergleich der Ausbreitung der Schallwelle einer realen Quelle mit der Wiedergabe einer solchen WFS-Zeile, wie in (2) dargestellt, wird deutlich, das die Kugelwellen der Einzelstrahler der Schallzeile zwar in der horizontalen Ebene die Wellenfront sehr exakt nachbilden, das aber in der vertikalen Ebene sehr starke Abweichungen entstehen.The effort for this synthesis is great because the speakers may not be mounted too far apart from each other because of otherwise occurring aliasing effects with Frequenzgangverfälschungen at individual listener. A sound source can only be displayed if it is within the speaker field when viewed from the listener. Because of this truncation effect, the speakers are placed in a circle or rectangle around the listener to represent sound sources from all directions. Therefore, it is common today to reduce the process to horizontal radiator lines, but this entails significant limitations:
The reproduction of the elevation of sound sources is no longer possible. In the vertical plane, the horizontal lines have the same omnidirectional radiation characteristics as individual boxes. Comparing the propagation of the sound wave of a real source with the rendering of such a WFS line as in ( 2 ), it becomes clear that the spherical waves of the individual radiators of the acoustic line, although in the horizontal plane exactly simulate the wavefront, but in the vertical plane very strong deviations arise.

Über die Decken-Reflektion des Wohnraumes treffen diese Wellenfronten in unserem Wohnraumbeispiel schon 3,34 Millisekunden nach der direkten Welle beim Zuhörer ein. Dagegen kommt diese Reflektion in dem akustisch günstigen Aufnahmeraum unseres Beispiels erst 22,7 ms nach ihr an, also in dem psychoakustisch günstigen Zeitfenster.About the Ceiling reflection of the living space meet these wavefronts our housing example already 3.34 milliseconds after the direct Wave at the listener one. In contrast, this reflection comes in the acoustically favorable Recording room of our example only 22.7 ms after her, so in the psychoacoustically favorable Time window.

Genau wie konventionelle Lautsprecher hat die WFS-Zeile also in der Elevationsebene dem Schallereignis die ungünstige Akustik des Wiedergaberaumes aufgeprägt. Die tatsächliche Wellenfront des Aufnahmeraumes wird in dieser Ebene überhaupt nicht, oder nur mit einem Signal aus Richtung der Schallquelle, dargestellt. Der offene Schalleindruck des Aufnahmeraumes geht völlig verloren.Exactly Like conventional speakers, the WFS line is in the elevation plane the sound event the unfavorable Acoustics of the playback room imprinted. The actual Wavefront of the recording room will be in this plane at all not, or only with a signal from the direction of the sound source, shown. The open sound impression of the recording room is completely lost.

Zudem können von einer solchen Schallzeile nicht wirklich parallele Wellenfronten generiert werden. Es entstehen immer Zylinderwellen, deren Schalldruck mit Verdopplung der Entfernung um 3 dB abnimmt. Im Umkehrschluss ergibt sich daraus, dass der Pegel der Schallzeile deutlich zunimmt, wenn sich der Zuhörer dicht annähert, was zwangsläufig zur Einschränkung des sweetspots führen muss.In addition, not really parallel wavefronts can be generated from such a sound line the. The result is always cylinder waves whose sound pressure decreases by doubling the distance by 3 dB. Conversely, it follows that the level of the sound line increases significantly when the listener approaches close, which must inevitably lead to the restriction of sweetspots.

Der Schalldruck einer zweidimensional generierten parallelen Welle bleibt dagegen völlig konstant, egal ob der Zuhörer 10 Meter entfernt steht, oder unmittelbar vor der Strahlerfläche.Of the Sound pressure of a two-dimensionally generated parallel wave remains completely against it constant, no matter if the listener 10 meters away, or just in front of the spotlight surface.

Praktisch aufgebaut wurde solch eine WFS-Strahlerfläche bereits 1997 an der Universität Tokyo. [4] Damit wurde ein Traum verwirklicht, den Experten schon in den dreißiger Jahren hatten, den sie damals aber für niemals realisierbar hielten – die Anordnung verwirklicht das Prinzip des akustischen Vorhangs (acustic curtain).Practically Such a WFS emitter surface was already built in 1997 at the University of Tokyo. Thus, a dream was realized, the experts already in the thirties Years ago, but at that time they never considered it possible - the order realizes the principle of the acoustic curtain.

Die Lautsprechermembranen reproduzieren dabei den Schalldruck einer gleich angeordneten Fläche im Aufnahmeraum, so als ob auf einer Seite einer Wand Mikrofone angeordnet wären, die jeweils den zugehörigen Lautsprecher auf der anderen Seite der Wand ansteuern. Innerhalb dieses Fensters ist die Wiedergabe perfekt. Jedoch gilt auch hier die Einschränkung, dass die wiedergegebene virtuelle Schallquelle vom Zuhörer aus gesehen innerhalb der Lautsprecheranordnung plaziert sein muss.The Speaker diaphragms reproduce the sound pressure of a the same surface in the recording room, as if on one side of a wall microphones would be arranged each of the associated Control the speakers on the other side of the wall. Within This window is perfect for playing. However, also applies here the restriction, that the reproduced virtual sound source from the listener must be placed within the speaker assembly must be.

Trotzdem kann nicht der akustische Eindruck des Aufnahmeraumes erzeugt werden. Die Beschränkung auf den Ausschnitt vermittelt eher den Eindruck, das man durch ein offenes Fenster in das Opernhaus hineinhören könne, weshalb man aber doch nicht die akustische Wahrnehmung verliert, das man immer noch freien steht.Nevertheless can not be created the acoustic impression of the recording room. The restriction on the clipping gives rather the impression, which one by one open window into the opera house could listen, but why you but does not lose the acoustic perception that you are still free stands.

Sicher ließe sich die Anordnung, wie die WFS-Lautsprecherzeilen, über alle wände des Wiedergaberaumes ausdehnen. Das brächte aber zwei neue Probleme:
Die fensterlosen, unmöblierten Räume wären nicht besonders wohnlich, was die Akzeptanz für ein solches System drastisch senken würde. Zudem würden die gleichen Probleme entstehen, die schon bei den WFS- Zeilen relativ erfolglos bekämpft werden:
Die generierten Schallwellen werden von der jeweils gegenüberliegenden Wand reflektiert und schaffen damit wieder das Problem der viel zu frühen schallstarken Reflexionen. Bei den WFS- Schallzeilenanordnungen wird der Effekt durch sehr starke Bedämpfung der Wiedergabe-Räume gemildert, was wiederum der Wohnlichkeit nicht unbedingt förderlich ist. Versuche zur elektronischen Kompensation brachten nur wenig Erfolg. [5] Certainly, the arrangement, like the WFS speaker lines, could be extended over all the walls of the playback room. But that would bring two new problems:
The windowless, unfurnished rooms would not be very comfortable, which would drastically reduce the acceptance of such a system. In addition, the same problems would arise, which are already being tackled relatively unsuccessfully on the WFS lines:
The generated sound waves are reflected by the respective opposite wall and thus again create the problem of far too early high-sound reflections. In the WFS soundline arrangements, the effect is mitigated by very strong attenuation of the playback rooms, which in turn is not conducive to livability. Attempts to electronic compensation brought little success. [5]

Die übliche Betrachtung eines Übertragungssystems beginnt beim Mikrofon und endet beim Lautsprecher. Die Akustik des Abhörraumes und die Position des Zuhörers haben höchstens noch Einfluss auf den eingestellten Gesamtfrequenzgang.The usual view a transmission system starts at the microphone and ends at the speaker. The acoustics of the Listening room and the position of the listener have at most still influence the set overall frequency response.

Dabei hat der Wiedergaberaum den maßgeblichsten Einfluss auf die Qualität der Gesamtwiedergabe. Der größte Anteil der Signalverfälschungen in der gesamten Übertragungskette entsteht, nachdem die Lautsprecher ihre Arbeit getan haben.there the playback room has the most authoritative Influence on the quality the overall reproduction. The biggest part the signal distortions in the entire transmission chain emerges after the speakers have done their job.

Weil aber die akustischen Parameter dieses Übertragungsgliedes bei keinem bekannten Wiedergabesystem differenziert in die Übertragungskette einbezogen werden, gibt es auch keine Möglichkeit, seine Fehler gezielt zu korrigieren.Because but the acoustic parameters of this transmission element in any known playback system differentiated involved in the transmission chain there is no way his Correct mistakes specifically.

Teil b) ProblemlösungPart b) Problem solving

Es ist deutlich geworden, dass das Prinzip der Wellenfeldsynthese der einzige Ausgangspunkt bei dem Versuch sein kann, das Schallfeld eines Aufnahmeraumes in einen völlig anderen Wiedergaberaum zu transformieren. Das Prinzip darf aber nicht auf eine einzelne Schallzeile reduziert werden, wenn wir ein dreidimensionales Schallfeld erzeugen wollen.It has become clear that the principle of wave field synthesis of only starting point in the attempt can be the sound field a recording room into a completely transform another rendering room. The principle may not be reduced to a single sound line, if we are a three-dimensional Want to produce sound field.

Deshalb müssen wir eine zweidimensionale Lautsprechermatrix aufbauen, die frontal vor dem Zuhörer, möglicherweise versteckt hinter einer Projektionswand, aufgestellt wird. Ihre Ausdehnung sollte aber deutlich über die Fläche einer solchen Bildwand hinausgehen.Therefore have to we build a two-dimensional speaker matrix, the frontal in front of the listener, possibly hidden behind a projection screen, is placed. Your extension but should be clearly over the area go out of such a screen.

Ihre Einzelstrahler sollten in einem Frequenzbereich von etwa 160 Hertz bis ca. 8 kHz linear arbeiten und möglichst einen Membrandurchmesser unter 2 Zoll haben, um im gesamten Arbeitsbereich eine homogene Halbkugelwelle erzeugen zu können. Über 8 kHz übernehmen zwei hochwertige Hochtonlautsprecher links und rechts, weil die räumliche Ortung in diesem Bereich untergeordnet ist. Ein Subwoofer ergänzt im Bassbereich.Your Single radiators should be in a frequency range of about 160 hertz work up to approx. 8 kHz linearly and if possible a membrane diameter below 2 inches to have a homogeneous hemisphere wave throughout the work area to be able to produce. Take over 8 kHz two high-quality tweeters left and right, because the spatial Location in this area is subordinate. A subwoofer supplements the bass range.

Der Abstand der Matrixlautsprecher zueinander bestimmt die Aliasing-Frequenz. Er sollte nicht unter 20 cm liegen, 10 cm wären besser, was aber den vierfachen Aufwand bedeutet.Of the Distance of the matrix speakers to each other determines the aliasing frequency. He should not less than 20 cm, 10 cm would be better, but four times Effort means.

Auch bei ca. 20 cm Abstand ist ihre Zahl in üblichen Räumen schon deutlich dreistellig, so dass die Einzelstrahler nur noch wenig zur Gesamtschalleistung beitragen müssen. Wenige Watt Leistung sind deshalb für die Einzelendstufen, die jedem Lautsprecher zugeordnet sein müssen, völlig ausreichend. Sie können mit einer gemeinsamen Betriebsspannung versorgt werden, auch die digitale Ansteuerung kann über eine gemeinsame Busleitung erfolgen. Handelsübliche Schaltkreise können heute als De-Multiplexer bis zu 192 Kanäle aus einem gewöhnlichen KAT5-Kabel aus einem solchen Bus ausfiltern und sie sind dabei recht preiswert.Even at a distance of approx. 20 cm, their number in common rooms is already clearly in the three digits, so that the individual spotlights only have to contribute little to the overall sound performance. A few watts of power are therefore quite sufficient for the single output stages, which must be assigned to each speaker. You can work with a joint voltage can be supplied, even the digital control can be done via a common bus line. Commercially available circuits today can filter out as de-multiplexer up to 192 channels from a common KAT5 cable from such a bus and they are quite inexpensive.

Der Ansteuerbus kommt, wie bei den linearen WFS-Systemen, vom WFS-Renderer, einer leistungsfähigen Signalprozessoranordnung, die aus Inhalt und Form, also den bis dahin getrennt verarbeiteten Daten von reinem Audiosignal und den Positionen der zugehörigen virtuellen Schallquellen, die einzelnen Ansteuersignale für die Lautsprecher erzeugt.Of the Drive bus comes, as with the linear WFS systems, from the WFS renderer, a powerful signal processor assembly, that of content and form, that is, the previously processed separately Data of pure audio signal and the positions of the associated virtual Sound sources, which generates individual drive signals for the speakers.

Damit ist die Hardware festgelegt, mit der wir das transformierte Schallfeld auf der Wiedergabeseite erzeugen wollen. Auf den ersten Blick scheint dieser Versuch aussichtslos, vor allem deshalb, weil die Lautsprechermatrix auf eine einzige Wand dieses Raumes beschränkt sein soll.In order to is the hardware with which we set the transformed sound field on the playback page. At first glance it seems This attempt hopeless, especially because the speaker matrix should be confined to a single wall of this room.

Der „truncation" – Effekt, also die Einschränkung der Abstrahlung auf den Bereich innerhalb der Lautsprecheranordnung, würde bei einer solchen Anordnung eine Lösung unmöglich machen, solange wir sie als Wiedergabesystem einzeln betrachten. Sehen wir aber den Wiedergaberaum nicht mehr als störenden Faktor, den wir mit möglichst dicken schwarzen Tüchern oder leeren Eierkartons ausschalten wollen, ergeben sich völlig neue Möglichkeiten:
Der truncation-Effekt ist immer auf die Position des Zuhörers bezogen. Geht der beispielsweise zur rechten Wand, vorn neben der Matrix, kann er einen ganz anderen Bereich, bis weit links neben der Matrix hören.The "truncation" effect, ie the restriction of the radiation to the area within the loudspeaker arrangement, would make a solution impossible with such an arrangement, as long as we regard it as a reproduction system individually, but we no longer see the reproduction room as a disturbing factor Switch off with as thick black cloths or empty egg cartons, there are completely new possibilities:
The truncation effect is always related to the listener's position. For example, if he goes to the right wall, in front of the matrix, he can hear a completely different area, far to the left of the matrix.

Eine dort positionierte Schallquelle trifft natürlich auch rechte Seitenwand und wird von der reflektiert. Schon bei im Heimbereich problemlos realisierbaren, Diagonalen von 3 bis 4 Metern ist die Richtwirkung der Matrix auch im Grundtonbereich so hoch, dass – dem truncation-Effekt sei Dank – der Zuhörer nicht direkt von der Wellenfront getroffen wird.A Of course, there positioned sound source also hits right side wall and is reflected by the. Already in the home area easily realizable, diagonals of 3 to 4 meters is the directivity the matrix also in the pitch range so high that - the truncation effect Thank you - the listeners not hit directly by the wavefront.

Das funktioniert natürlich genauso mit der linken Wand, der Decke und dem Fußboden.The works of course as well with the left wall, the ceiling and the floor.

Aus den Spiegelschallquellen der Lautsprecher im Wiedergaberaum, die uns bisher so gestört haben, sind in dieser Betrachtung völlig unabhängig ansteuerbare Schallquellen geworden, die uns ganz neue Möglichkeiten für die Gestaltung des Schallfeldes bieten.Out the mirror sound sources of the speakers in the playback room, the have disturbed us so far, are completely in this consideration independently controllable Sound sources that give us completely new possibilities for the design of the sound field.

Um sie zu nutzen, müssen ihre Eigenschaften bekannt sein. Nach der Installation der frontalen Lautsprecherwand müssen deshalb alle relevanten Parameter des Wiedergaberaumes in das System eingegeben werden.Around they need to use their properties are known. After installing the frontal speaker wall have to Therefore all relevant parameters of the playback room are entered into the system become.

Für die spätere Schallfeldsynthese werden neben den geometrischen Daten des Wiedergaberaumes auch die Reflektionsfaktoren der Wände, getrennt angegeben für jede Oktave des Wiedergabebereiches, erfasst. In der Praxis wird das recht einfach sein, das Anklicken des jeweiligen Materials in einem entsprechenden Computerprogramm genügt. Die Möglichkeit, statt dieses datenbasierten Modells die Impulsantwort der Räume zu verarbeiten, ist hier weniger geeignet.For the later sound field synthesis In addition to the geometric data of the playback room, the Reflection factors of the walls, separated indicated for every octave of the playback area, recorded. In practice it will that's pretty easy, clicking on the material in one appropriate computer program is sufficient. The possibility instead of this data-based Model the impulse response of the rooms to process, is less suitable here.

Auch die Position des Zuhörers muss festgelegt werden. Wir brauchen für eine Transformation unbedingt einen festen Bezugspunkt. Erst an den Ohren des Zuhörers auf diesem Platz darf unsere Systembetrachtung enden. Hier müssen wir die gleichen Verhältnisse schaffen, wie an einem, ebenfalls festzulegenden Punkt, an dem sich unser Zuhörer im Aufnahmeraum befindet.Also the position of the listener has to be determined. We absolutely need for a transformation a fixed reference point. First on the ears of the listener our system view may end in this place. Here we have to the same conditions create, as at a point, also to be determined, at which our listener located in the recording room.

Dieser festgelegte Widergabeplatz soll nicht die einzige stelle im Raum werden, auf dem eine hochwertige Reproduktion möglich ist. Er muss vielmehr der Mittelpunkt eines möglichst großen sweet-spot's für die Wiedergabe sein.This Specified playback space should not be the only place in the room on which a high-quality reproduction is possible. He has to the center of one's possible big sweet-spot's for playing be.

Von der Aufnahmeseite benötigen wir für die Transformation der ersten schallstarken Reflektionen die Audiosignale der einzelnen Schallquellen. Für jede Schallquelle ist ein separater Kanal erforderlich, wobei Einzelquellen zusammengefasst werden können, wenn sie räumlich eng benachbart sind. In die Transformation müssen auch ihre momentane Position, ihre polare Richtcharakteristik und ihre momentane Ausrichtung eingehen. Die polare Richtcharakteristik kann den statischen Daten zugeordnet werden, weil sie sich während des Zeitraumes der Übertragung nicht ändert. Diese Daten werden vor dem Beginn der eigentlichen Audioübertragung übermittelt.From the recording side need we, for the transformation of the first high-sound reflections the audio signals the individual sound sources. For every Sound source requires a separate channel, with individual sources can be summarized if they are spatial are closely adjacent. In the transformation must also their current position, their polar directional characteristics and their current orientation. The polar directivity can be assigned to the static data because they are during the period of the transfer does not change. These data are transmitted before the actual audio transmission begins.

Sie müssen nicht jedes Mal neu übertragen werden, wenn sie auf der Wiedergabeseite bekannt sind. Richtcharakteristiken aller erdenklichen Schallquellen zum Beispiel, könnten in Bibliotheken auf der Wiedergabeseite abgelegt sein und durch entsprechende Codes der jeweiligen Schallquelle zugeordnet werden.she have to not be retransmitted every time if they are known on the replay side. directional characteristics For example, all imaginable sound sources could be found in libraries on the playback side be stored and by appropriate codes of the respective sound source be assigned.

Die momentane Position und die momentane Ausrichtung der Schallquelle müssen den dynamischen Daten zugeordnet werden, die während der Übertragung in kurzen Zeitabständen aktualisiert werden. Schließlich macht es für den Zuhörer einen deutlich anderen Schalleindruck, wenn Carruso sich unerwartet umdreht und seine Arie gegen die Kulissen schmettert.The current position and the momentary orientation of the sound source have to associated with the dynamic data being updated at short intervals during transmission. After all do it for the listener a distinctly different sound impression when Carruso is unexpected turns around and smashes his aria against the scenes.

Wie auf der Wiedergabeseite muß für die Transformation auch eine Position und Ausrichtung des Zuhörers im Aufnahmeraum festgelegt werden. Das kann der akustisch günstigste Platz sein. Zusammen mit einer Bildübertragung ist es aber sinnvoller, wenn deren Position und Ausrichtung mit der Bildübertragung korrespondiert.As on the playback side must for the Transformation also a position and orientation of the listener in the recording room are set. This can be the acoustically most favorable place. However, together with an image transfer, it makes more sense if their position and orientation correspond to the image transfer.

Mit Änderung dieser Koordinaten ändert sich Abstand, Einfallswinkel und Pegel aller Wellenfronten bei diesem Zuhörer sowohl für die direkten Wellen von den einzelnen Schallquellen als auch für alle von den Spiegelschallquellen des Raumes ausgehenden Schallwellen. Wenn es gelingt, diese Änderungen auf den Zuhörer im Wiedergaberaum zu übertragen, könnte mit der Veränderung eines einzigen Datenblocks seine akustische Perspektive auf jeden beliebigen Punkt im Aufnahmeraum verschoben werden. Und wenn er wollte, könnte er das mit seiner Fernbedienung auch selbst tun.With change of these coordinates changes distance, angle of incidence and level of all wavefronts at this listeners as well as the direct waves from the individual sound sources as well as for all of them Mirror sound sources of space outgoing sound waves. If it manages these changes to the listener in the playback room, could with the change a single block of data its acoustic perspective on each be moved to any point in the recording room. And if he does wanted, could he also does that himself with his remote control.

Die Positionen der Spiegelschallquellen, die ein Schallereignis im Aufnahmeraum durch die Reflektionen an seinen Begrenzungsflächen erzeugt, spielt eine Schlüsselrolle bei der Transformation des Schallfeldes. Gelingt es, bei der wiedergabeseitigen Synthese virtuelle Schallquellen scheinbar von diesen Positionen ausgehen zu lassen, so erzeugen sie an der Zuhörerposition im Wiedergaberaum die gleiche Impulsantwort, die auf den Zuhörer im Aufnahmeraum einwirkt.The Positions of the Spiegelschallquellen, the sound event in the recording room generated by the reflections on its boundary surfaces, plays a key role in the transformation of the sound field. If it succeeds in the reproduction-side synthesis virtual sound sources seemingly emanate from these positions to let them create so at the listener position in the playback room the same impulse response that acts on the listener in the recording room.

Weil auch die direkte Welle mit dem akustischen Vorhang ziemlich perfekt nachgebildet werden kann, entsteht so ein völlig realistisches Abbild des Schallfeldes, soweit auch Amplituden und Einfallswinkel dieser Wellenfronten übereinstimmen.Because also the direct wave with the acoustic curtain pretty perfect can be reproduced, so creates a completely realistic image of the sound field, as far as the amplitude and angle of incidence of these wavefronts match.

Nur mit der frontalen Lautsprechermatrix können wir diese Spiegelschallquellen allerdings nicht an allen Raumpositionen generieren. Mit den unabhängig steuerbaren Spiegelschallquellen der Matrix gelingt es aber, ein sehr ähnliches Schallfeld zu erzeugen.Just with the frontal speaker matrix we can use these mirror sound sources but not at all room positions generate. With the independently controllable Mirror sound sources of the matrix succeed, but a very similar To produce sound field.

In 3 stellt der äußere Quader wieder unseren Aufnahmeraum dar. Der kleinere Wiedergaberaum wurde zur Erläuterung so in diesen Saal eingezeichnet, dass die für unsere Übertragung festgelegten Positionen der Zuhörer im Saal und zu Hause übereinstimmen. An dieser Position wollen wir übereinstimmende Signale erzeugen.In 3 the outer cuboid represents our reception room again. The smaller reproduction room has been drawn into this hall so that the positions of the listeners in the hall and at home, which are fixed for our transmission, are the same. At this position we want to generate matching signals.

Der Ausgangspunkt der direkten Welle liegt im Bereich des akustischen Vorhangs, sie wird deshalb exakt dargestellt. Jedoch liegt die Position der Spiegelung der primären Schallquelle im Aufnahmeraum außerhalb des darstellbaren Bereiches, weit entfernt vom Bereich der Lautsprechermatrix, aber doch nicht allzu weit vom Bereich unserer unabhängig ansteuerbaren Spiegelschallquelle.Of the The starting point of the direct wave lies in the area of the acoustic wave Curtain, it is therefore accurately represented. However, the position lies the reflection of the primary Sound source in the recording room outside of the displayable area, far from the area of the loudspeaker matrix, but not too far from the area of our independently controllable Mirror sound source.

Also müssen wir sie in einem ersten Schritt in diesen Bereich verschieben, um sie so gut wie möglich darstellen zu können. Das geschieht auf einer Kreisbahn um unseren festgelegten Zuhörerpunkt. Diese Verschiebung muß aber ausreichend weit in diesen Bereich hinein erfolgen, weil sich der Zuhörer sonst im Randbereich des jeweiligen sweet-spots befände.So have to In a first step, we move them to this area as best you can to be able to represent. This happens on a circular path around our fixed listener point. These But shift must sufficiently far into this area, because of the Listener else in the edge area of the respective sweet spots.

Wichtig ist vor allem, dass die Entfernung zum Zuhörer und damit die Zeit unverändert geblieben ist, zu der die Welle beim Zuhörer eintrifft.Important Above all, the distance to the listener and therefore the time remained unchanged is to which the wave at the listener arrives.

Weil im Bereich über der Wohnzimmerdecke keine realen Lautsprecher existieren, müssen wir die festgelegte Position nun im zweiten Schritt an der Zimmerdecke spiegeln. In 4 ist das dargestellt. Da dem System die Dimensionen des Wiedergaberaumes bekannt sind, lässt sich die endgültige Position unserer virtuellen Schallquelle nach den einfachen Regeln der Geometrie berechnen.Because no real speakers exist in the area above the living room ceiling, we now have to mirror the fixed position on the ceiling in the second step. In 4 this is shown. Since the system knows the dimensions of the playback room, the final position of our virtual sound source can be calculated according to the simple rules of the geometry.

Damit hat der WFS-Renderer alle Informationen, die er braucht um die Einzellautsprecher anzusteuern. Er muß das zur Spiegelschallquelle zugehörige Audiosignal nur noch um die berechnete Schall-Laufzeit von ihrem Ausgangspunkt bis zum jeweiligen Lautsprecher verzögern.In order to The WFS renderer has all the information it needs about the single speakers head for. He has to do that associated with the mirror sound source Audio signal only at the calculated sound-runtime of hers Delay the starting point to the respective speaker.

Natürlich wird ein Teil dieser Wellenfront von der Zimmerdecke in Wärme umgewandelt, weshalb sie nie beim Zuhörer ankommt. Das passiert aber im Aufnahmeraum auch. Sind die Reflektionsfaktoren in beiden Räumen gleich, muss die Amplitude unserer virtuellen Spiegelquelle nur mit der Übertragungsfunktion der entsprechenden Wand des Aufnahmeraumes korrigiert werden.Of course it will a part of this wavefront is transformed from the ceiling into heat, which is why she never listened to the audience arrives. But that happens in the recording room too. Are the reflection factors in both rooms equal, the amplitude of our virtual mirror source only needs with the transfer function be corrected the corresponding wall of the recording room.

Sind die Materialien beider Decken unterschiedlich, kann ihr Frequenzgang leicht in den einzelnen Oktaven um die Differenz der Reflektionsfaktoren korrigiert werden. Hat beispielsweise unser Aufnahmeraum bei einer bestimmten Frequenz einen Reflektionsfaktor von 0,9, unsere Wohnzimmerdecke aber nur 0,7, so muß der Pegel unserer virtuellen Spiegelschallquelle um 20 log (0,9/0,7), also um 2,2 dB, angehoben werden. Zusätzlich wird dieser Pegel nach den Gesetzen der Kugelwellenausbreitung und um den Betrag der Luftschalldämmung für ihren virtuellen Teil der Weglänge bis zum jeweiligen Lautsprecher reduziert.are the materials of both blankets may vary, their frequency response easily in the individual octaves by the difference of the reflection factors Getting corrected. For example, has our recording room at a certain frequency a reflection factor of 0.9, our living room ceiling but only 0.7, so must the Level of our virtual mirror sound source by 20 log (0.9 / 0.7), So by 2.2 dB, be raised. In addition, this level will decrease the laws of spherical wave propagation and the amount of airborne sound insulation for their virtual part of the path reduced to the respective speaker.

Die polare Richtcharakteristik der zugehörigen Schallquelle geht in die Synthese ein, indem die Amplitude der virtuellen Spiegelschallquelle frequenzabhängig um den Betrag der Pegelabsenkung in ihrem polaren Richtdiagramm im zugehörigen Raumwinkel reduziert wird.The polar directivity of the associated sound source goes into the synthesis by adding the amplitude of the virtual mirror sound source frequency-dependent by the amount of level reduction in their polarized directional diagram in the associated solid angle is reduced.

Nach dem gleichen Prinzip wandern dann die Ausgangspunkte der virtuellen Quellen für die Boden-Reflexion von unten nach oben und die für die Seitenwände von links nach rechts und umgekehrt.Then walk on the same principle the starting points of the virtual sources for the bottom reflection from bottom to top and those for the side walls from left to right and vice versa.

Die Reflexion der Vorderwand kann direkt innerhalb der Matrix erzeugt werden, während die Darstellung der Reflexion der Rückwand ohne hintere Lautsprecher schwieriger darzustellen ist. Für diese wird die Wellenfront, wie in 4 dargestellt, doppelt gespiegelt. Erst an der Decke und dann an der Rückwand. Wegen des „truncation"-Effektes trifft sie dabei den Zuhörer auf ihrem Hinweg kaum. Die Reflexionsfaktoren der Rückwände werden wieder verrechnet, die Absorption der Wiedergaberaum-Decke wird durch entsprechende frequenzabhängige Pegelanhebung ausgeglichen.The reflection of the front wall can be generated directly within the matrix, while the representation of the reflection of the back wall without rear speakers is more difficult to represent. For these, the wavefront, as in 4 shown, double mirrored. First on the ceiling and then on the back wall. Because of the "truncation" effect, it barely hits the listener on her way, the reflection factors of the back walls are recalculated, the absorption of the playback room ceiling is compensated by a corresponding frequency-dependent level increase.

Soweit möglich, sollte die Rückwand des Wiedergaberaumes im oberen Bereich schallhart sein. Darunter könnte ein Sofa, ein offenes Bücherregal oder ein Wandteppich die direkte Welle absorbieren.So far possible, should be the back wall of the playback room in the upper range be reverberant. among them could a sofa, an open bookshelf or a tapestry absorbing the direct wave.

Verläßt unser Zuhörer zu Hause seinen Bezugspunkt, so ändert sich sein Abstand zur virtuellen Schallquelle und zu all ihren Spiegelschallquellen. Die Laufzeiten zu ihnen und damit die Impulsantwort an seiner aktuellen Raumposition verändern sich in der gleichen Weise, wie sie sich im Aufnahmeraum für unseren virtuellen Zuhörer verändern würde, wenn er seinen Platz verläßt. Setzt er sich zu Hause also einen Platz nach rechts, so hat er den gleichen Schalleindruck wie der rechte Nachbar unseres virtuellen Zuhörers im Aufnahmeraum. Die Größenverhältnisse dieser Ortsveränderung sind nicht transformiert worden, also kann unser Zuhörer im Schallfeld nicht mehr als fünf Plätze nach rechts gehen, weil er dann gegen eine Wand läuft.Leave ours listeners at home its reference point, so changes his distance to the virtual sound source and to all its mirror sound sources. The Run times to them and thus the impulse response to its current Change room position in the same way as they are in the recording room for ours virtual listener change would, if he leaves his place. Puts So he has a place to the right at home, so he has the same sound impression like the right neighbor of our virtual listener in the recording room. The proportions this change of location have not been transformed, so our listener in the sound field can not more than five courts go to the right because he then runs against a wall.

Und noch zwei Einschränkung hat er: Er darf in den Bereichen, in denen Wellenfronten der Spiegelschallquellen auf dem Weg zu den Zimmerwänden sind, also unmittelbar rechts oder links neben der Lautsprechermatrix, nicht mit einer hochwertigen Wiedergabe rechnen. Hier erreichen ihn Wellenfronten zur falschen Zeit aus falschen Richtungen, so wie wir es von herkömmlicher Lautsprecherwiedergabe gewöhnt sind.And two more restrictions He has: He may in the areas where wavefronts of the mirror sound sources on the way to the room walls are, ie directly to the right or left of the speaker matrix, do not expect a high-quality rendering. Reach here wavefronts him from wrong directions at the wrong time, like that as we do it from conventional Used to speaker playback are.

Und er kann die direkte Schallquelle nicht hören, wenn er den truncation-Bereich des akustischen Vorhanges verläßt. Diese Einschränkung ist bedeutsamer, weil sie den sweet-spot für die Wiedergabe seitlich einschränkt, wenn sich eine virtuelle Quelle dicht neben ihrem Rand befindet.And he can not hear the direct sound source when he is the truncation area of the acoustic curtain leaves. These restriction is more significant because it restricts the sweet-spot for playback laterally, though there is a virtual source close to its edge.

Soll trotzdem eine Schallquelle weit seitlich dargestellt werden, so können wir uns als Kompromißlösung wieder unserer unabhängig steuerbaren, virtuellen Spiegelschallquellen der Matrix bedienen: So kann zum Beispiel sehr weit rechts eine virtuelle Schallquelle positioniert werden, indem nach dem beschriebenen Verfahren ihr Ausgangspunkt an der rechten Wand nach links gespiegelt wird.Should still a sound source are shown far to the side, so can we will be a compromise solution again our independent operate controllable, virtual mirror sound sources of the matrix: So For example, a virtual sound source can be positioned very far to the right be by starting from the described method their starting point on the right wall is mirrored to the left.

Die Amplitudenverfälschung durch die Wandreflexion wird mit der inversen Übertragungsfunktion dieser Wand kompensiert. Jedoch kann die rechte Seitenwand-Reflexion dieser Quelle nur noch aus Richtung der Quelle selbst generiert werden. Aber im korrekten Abstand, so das der Fehler nur dem geübten Hörer auffallen wird.The amplitude distortion through the wall reflection this with the inverse transfer function Wall compensated. However, the right sidewall reflection can do this Source can only be generated from the direction of the source itself. But in the correct distance, so that the error only the experienced listener notice becomes.

Weiterer Nachteil dieser Methode ist es, dass der relative Winkel der Schallwellen zur Achse der Matrix größer ist. Damit verschiebt sich die Aliasing-Frequenz bei gegebenem Einzelstrahlerabstand nach unten. Eine Signalverfälschung, die allerdings bei einer zweidimensionalen Matrix geringer ist als bei den Line-Arrays: Werden die Einzelstrahler nämlich nicht im Raster, sondern wabenförmig angeordnet, erhöhen die benachbarten Strahler die horizontale Aliasing- Frequenz um den Faktor 1,4.Another Disadvantage of this method is that the relative angle of sound waves is larger to the axis of the matrix. Thus, the aliasing frequency shifts at a given Einzelstrahlerabstand downward. A signal corruption, which, however, is less than a two-dimensional matrix in the case of the line arrays: The individual radiators are not in the grid, but honeycombed arranged, increase the adjacent emitters change the horizontal aliasing frequency the factor 1.4.

Je nach vertikaler Ausrichtung der Wellenfront sind sie im Winkel der Nullstelle nicht in Phase, wenn eine Wellenfront die Matrix seitlich durchläuft. Dadurch sinkt die Amplitude in diesem Winkel zwar deutlich, aber geht nicht bis auf Null zurück. Der Aliasing- Effekt erzeugt am Zuhörerplatz einen Kammfiltereffekt im Frequenzgang, für den unser Ohr nur wenig empfindlich ist, solange es keine ausgesprochenen Nullstellen gibt.ever After vertical alignment of the wavefront, they are at an angle of Zero is not in phase when a wavefront makes the matrix sideways passes. Thereby Although the amplitude drops significantly at this angle, it does not work back to zero. The aliasing effect creates a comb filter effect on the listener's seat in the frequency response, for our ear is only slightly sensitive, as long as it is not pronounced Zeros exist.

Im Wiedergaberaum hat das beschriebene Verfahren ein Schallfeld geschaffen, dessen Impulsantwort im wichtigen Zeitabschnitt bis zu etwa 100 ms nach der direkten Welle mit der Impulsantwort des Aufnahmeraumes übereinstimmt. Lediglich einige Einfallswinkel der Reflexionen haben sich geändert, wenn die Dimensionen der Räume sehr unterschiedlich sind oder wenn sich ihre Ausgangspunkte weit seitlich vom Zuhörer oder direkt über ihm befinden. Innerhalb dieses, in der Psychoakustik als „cone of confusion" bezeichneten Bereich ist unsere Ortung aber ohnehin sehr unpräzise.in the Play Room has created the described method a sound field, its impulse response in the important time period up to about 100 ms after the direct wave coincides with the impulse response of the recording room. Only some angles of incidence of the reflections have changed when the dimensions of the rooms very much are different or if their starting points are far laterally from the listener or directly over him. Within this, in psychoacoustics as "cone of confusion " Area is our location but very imprecise anyway.

Der Nachhall kann dann wieder mit dem primären Schallsignal übertragen werden, da seine Einfallsrichtung ohne Bedeutung ist. Er erreicht uns dann auch von den Spiegelschallquellen, was seiner unregelmäßigen Verteilung im Aufnahmeraum sehr nahe kommt.Of the Reverberation can then be transmitted again with the primary sound signal because his direction of incidence is meaningless. He reaches Then we also from the Spiegelschallquellen, what its irregular distribution very close in the recording room.

Einen verbotenen Bereich sollte es für alle virtuellen Schallquellen geben: Werden sie direkt in der Ebene der Lautsprechermatrix plaziert, so muß ein einzelner Lautsprecher fast die gesamte Schalleistung erzeugen. Deshalb müßten alle Einzelelemente der Matrix in der Lage sein, diese Leistung verzerrungsfrei zu erzeugen. Die Anlage würde dann wesentlich aufwendiger. Deshalb sollten diese virtuellen Quellen grundsätzlich um ein oder zwei Lautsprecherabstände nach hinten verschoben werden, damit mehrere Lautsprecher zusammenarbeiten und so auch mit weniger leistungsfähigen Einzelstrahlern eine gute Gesamtdynamik erzielt werden kann.There should be a forbidden range for all virtual sound sources: if they are placed directly in the plane of the loudspeaker matrix, a single loudspeaker must produce almost the entire sound power. Therefore, all the individual elements of the matrix would need to be able to perform that power to produce distortion-free. The plant would then much more expensive. Therefore, these virtual sources should always be shifted by one or two speaker distances backwards, so that multiple speakers work together and so even with less powerful single emitters a good overall dynamics can be achieved.

Im System an sich ist nicht festgelegt, wie viele Primärsignale gleichzeitig übertragen werden. Schon eine einzelne Quelle, also ein Mono-Kanal kann sehr authentisch dargestellt werden, wenn bei der Reproduktion auch alle Zusatzinformationen von der Aufnahmeseite vorliegen. Die Eigenschaften der Wiedergabeseite sind ohnehin im System gespeichert. Die dynamischen Zusatzinformationen müssen auf die jeweilige Quelle bezogen sein, die Raumdaten werden gemeinsam genutzt.in the System itself is not fixed, how many primary signals transmitted simultaneously become. Even a single source, so a mono channel can be very be reproduced authentically, if in the reproduction also all Additional information from the recording side. The properties the playback page are stored in the system anyway. The dynamic Additional information must be related to the respective source, the spatial data will be common used.

Mit den heutigen digitalen Übertragungsverfahren ist die Übertragung dieser Zusatzinformationen problemlos möglich. Läßt ein Übertragungssystem aber die simultane Übermittlung nicht zu, können sie auch getrennt übermittelt und gespeichert werden. Beispielsweise über das Internet.With today's digital transmission method is the transmission this additional information easily possible. Leaves a transmission system but that simultaneous transmission not to, you can also transmitted separately and saved. For example, over the Internet.

Wird eine Aufzeichnung übertragen, so sind auch die dynamischen Zusatzdaten für die gesamte Laufzeit schon vor Beginn der Übertragung bekannt. Sie können also schon vor dem Start der Wiedergabe übermittelt und abgespeichert werden. Über eine time-line lassen sie sich dann leicht mit der Wiedergabe verknüpfen.Becomes transmit a recording, so are the dynamic additional data for the entire term already before the start of the transfer known. You can So before the start of playback transmitted and stored become. about a time-line can then easily be linked to the playback.

Dann kann also unser virtueller Carruso durch die Mailänder Scala wandern und dabei nach belieben seinen Kopf drehen, selbst wenn sein Originalton nur von einer alten Monoaufnahme stammt.Then so can our virtual Carruso through the Milan Scala wander and turn his head at will, even if its original sound comes only from an old mono recording.

Teil c) Praktische AnwendungsmöglichkeitenPart c) Practical applications

Mit dem beschriebenen Verfahren gelingt, bei entsprechend produziertem Programmaterial, eine sehr authentische Reproduktion eines Schallereignisses. Schon wenige separate Übertragungskanäle sind für viele Anwendungen ausreichend. Meist sind nicht viele einzelne Schallquellen gleichzeitig aktiv. Ihre Wiedergabe wird nicht den Eindruck erwecken, dass nur wenige Monokanäle übertragen würden, denn jede primäre Schallquelle erzeugt ihr eigenes, dreidimensionales Schallfeld.With the method described succeeds in accordance produced Program material, a very authentic reproduction of a sound event. There are already a few separate transmission channels for many Applications sufficient. Most are not many individual sound sources active at the same time. Your rendering will not give the impression that only a few mono channels are transmitted would because every primary Sound source creates its own, three-dimensional sound field.

Über die Zahl der Übertragungskanäle hinaus können Schallereignisse dann dargestellt werden, wenn sie von dicht benachbarten Quellen stammen und einen gemeinsamen Kanal benutzen, oder wenn sie nicht gleichzeitig mit einer anderen Schallquelle aktiv sind. Die Zusatzdaten wechseln dann temporär auf die andere Quelle.About the Number of transmission channels can Sound events are then represented when they are close by Sources and use a common channel, or if they are not active simultaneously with another sound source. The additional data then change temporarily to the other source.

Nur wenige Übertragungen werden in absehbarer Zeit direkt für das beschriebene Verfahren produziert sein. Solange ist es wichtig, dass herkömmliche Aufnahmen, ergänzt durch nachträgliche Zusatzinformationen, deutlich realistischer reproduziert werden können.Just few transfers will be in the foreseeable future directly for the procedure described be produced. As long as it is important that conventional Recordings, supplemented by subsequent Additional information, reproduced much more realistic can.

Wie weiter oben beschrieben, kann durch die Transformation des frühen Schallfeldes selbst eine alte Monoaufnahme in einer völlig neuen akustischen Dimension dargestellt werden. In dieser Weise kannte auch der Center-Kanal einer sourround-Wiedergabe, in Korrespondenz zur zugehörigen Bildinformation, deutlich aufgewertet werden.As described above, may be due to the transformation of the early sound field even an old mono recording in a completely new acoustic dimension being represented. In this way also knew the center channel a sourround reproduction, in correspondence to the associated image information, be significantly upgraded.

Für die linken und rechten Kanäle wird, genau wie bei der Stereowiedergabe, abhängig vom Genre ein akustisch passender, virtueller Aufnahmeraum aus der Bibliothek ausgesucht. In diesem Raum wird wieder ein Zuhörer plaziert, vor dem die linken und rechten Lautsprecherboxen als virtuelle Schallquellen, sogenannte virtual panning spots, aufgestellt sind.For the left and right channels just like the stereo, it will sound acoustically depending on the genre matching virtual recording room selected from the library. In this room again a listener is placed, in front of which the left and right speaker boxes as virtual sound sources, so-called virtual panning spots.

Der Rest der Reproduktion unterscheidet sich nicht von der einer natürlichen Schallquelle an dieser Position. Es lassen sich dann noch die gröbsten Fehler der nun wieder "herkömmlichen", virtuellen Lautsprecherwiedergabe in einem virtuellen Raum, elektronisch ausgleichen.Of the Rest of the reproduction does not differ from that of a natural one Sound source at this position. It can then be the grossest mistake the now again "conventional", virtual speaker playback in a virtual space, electronically balance.

Analoges gilt für die, über die Decken- Reflexion generierten, hinteren Lautsprecher. So steht insgesamt für die Wiedergabe von herkömmlichen sourround- Produktionen ein Verfahren zur Verfügung, das nicht nur kompatibel ist, sondern das die Wiedergabe signifikant verbessert.analog applies to the above the ceiling reflection generated rear speakers. That's how it is in total for the reproduction of conventional sourround productions have a process that is not only compatible but that significantly improves the playback.

Es entsteht ein wesentlich vergrößerter sweet-spot, der fast auf den gesamten Wiedergaberaum ausgedehnt ist, weil die Winkel-Änderungen und die relativen Abstands-Änderungen zu den weiter entfernten „ Boxen" deutlich geringer sind, als bei realen Lautsprechern im Wiedergaberaum, wenn sich der Zuhörer darin bewegt.It creates a much larger sweet spot, which is extended almost to the entire playback room, because the Angle changes and the relative distance changes to the more distant "boxes" significantly lower are, as with real speakers in the playback room, when the listener moved in it.

Die bisherige Beschreibung hat nur aufgezeigt, wie ein größerer Aufnahmeraum in einem kleineren Wiedergaberaum dargestellt werden kann. Sicher der Regelfall für Heimwiedergabe. Dabei werden von der Lautsprechermatrix frühe Reflektionen nachgebildet, die gegenüber der direkten Welle verzögert abgestrahlt werden.The previous description has only shown how a larger recording room can be displayed in a smaller playback room. For sure the rule for Home reproduction. In this case, the speaker matrix emulates early reflections, the opposite delayed the direct wave be radiated.

Doch auch der umgekehrte Fall ist ohne Modifikationen am System möglich, selbst die beschriebenen Algorithmen zur Positionierung der virtuellen Spiegelschallquellen bleiben gleich.But even the opposite case is possible without modifications to the system itself the described algorithms for positioning the virtual mirror sound sources stay the same.

Die Samples der digitalisierten Audiokanäle werden in WFS- Systemen ohnehin für einige hundert Millisekunden zwischengespeichert, um sie für die einzelnen Lautsprecher sequentiell auslesen zu können. Also spielt es auch keine Rolle, ob zuerst die direkte Welle und dann die Reflektionen wiedergegeben werden, oder ob die Matrix die Reflexionen schon auf ihren Weg schickt, noch bevor die direkte Welle erzeugt wird. Im Ergebnis wird dann ein Raum dargestellt, der kleiner ist als der Ausgangsraum.The samples of the digitized audio channels are cached in WFS systems anyway for a few hundred milliseconds to be able to read sequentially for each speaker. So it does not matter if first the direct wave and then the reflections are rendered, or if the matrix already sends the reflections on their way, even before the direct wave is generated. As a result, a space is then shown that is smaller than the starting space.

Das ist nicht nur interessant, um zum Beispiel Stimmen aus dem Innenraum eines PKW ins Wohnzimmer zu quetschen. Ganz neue Perspektiven tun sich damit in der Beschallungstechnik auf.The is not only interesting, for example, voices from the interior to squeeze a car into the living room. Doing completely new perspectives thus in the public address technology.

In einen zu großen Saal, bei dem lange Schallwege der ersten Reflexionen ein psychoakustisch ungünstiges Schallfeld erzeugen, kann ein kleinerer, akustisch günstiger virtueller Raum „hineinkonstruiert" werden. Alles andere genau nach dem beschriebenen Verfahren. Allerdings muß die Publikumsfläche immer noch in diesen kleineren virtuellen Saal hineinpassen, außerhalb seiner Grenzen kommt es zu akustischen Konfusionen.In one too big Hall, at the long sound paths of the first reflections a psychoacoustic unfavorable Sound field can produce a smaller, more acoustically favorable virtual space "into everything else exactly after the procedure described. However, the audience space must always still fit into this smaller virtual room, outside Its borders cause acoustic confusion.

Nichts spricht dagegen, dass der Aufnahmeraum auch gleichzeitig der Wiedergaberaum ist. Nur an die Signalverarbeitung des Systems müssen dann höhere Anforderungen gestellt werden, sie müßte annähernd in Echtzeit arbeiten. Wenn ein Redner in ein Mikrofon spricht, lassen ihn zu hohe Verzögerungszeiten sonst ins Stottern kommen.Nothing speaks against it, that the recording room also at the same time the playback room is. Only the signal processing of the system then higher demands they would have to be approximately in Real time work. If a speaker speaks into a microphone, let him too high delay times otherwise stuttering.

Vorzug eines solchen Systems ist es, das sich der Schall von der großflächigen Matrix sehr gezielt ausrichten läßt. Die direkte Welle kann bei geeigneter Matrixanordnung gezielt schräg von oben auf das Publikum gerichtet werden, dort würde sie zum überwiegenden Teil absorbiert. Auch die ersten schallstarken Reflexionen lassen sich über glatte Begrenzungsflächen gezielt ausrichten.preference of such a system it is the sound of the large-area matrix very targeted. The Direct wave can with a suitable matrix arrangement targeted obliquely from above The audience would be judged there, they would for the most part Part absorbed. Also let the first high-sound reflections over smooth boundary surfaces align specifically.

Das eröffnet eine sehr interessante Anwendungsmöglichkeit: Der Schall kann nur auf einen Teilbereich der Publikumsfläche ausgerichtet werden. Zum Beispiel auf die Sitzplätze der rechten Seite, dort wo die fremdsprachigen Gäste sitzen. Links wäre die Landessprache zu hören.The open a very interesting application: the sound can be aligned only to a portion of the audience area. To the Example on the seats the right side, where the foreign-speaking guests are sitting. Links would be the national language to listen.

Nicht ohne Übersprechen vom anderen Bereich. Dessen Lautstärke würde im wesentlichen durch den Schallabsorbtionsgrad der Publikumsfläche bestimmt. In einem Saal mittlerer Nachhallzeit wären bei dicht besetzter Publikumsfläche mit Polsterbestuhlung etwa 10 dB Pegelunterschied zu erwarten, mit schweren Polstersesseln wären ca. 15 dB realistisch. [6]Not without crosstalk from the other area. Its volume would essentially be determined by the Sound absorption degree of the audience area determined. In a hall medium reverberation time would be in densely occupied public area with upholstered seating expected about 10 dB level difference, with heavy upholstered chairs would be approx. 15 dB realistic. [6]

Wegen des bekannten Party-Effekts würde sich dann jeder Zuhörer auf sein Signal konzentrieren. Damit wären solche Werte ausreichend und die Zuhörer würden die leiseren fremdsprachigen Signale sicher akzeptieren, wenn sie dafür auf ihre lästigen Kopfhörer verzichten könnten.Because of the well-known party effect would become then every listener focus on his signal. Thus, such values would be sufficient and the listeners would safely accept the quieter foreign-language signals when they for that dispense with their annoying headphones could.

Bei ständig wechselndem Publikum, beispielsweise in Ausstellungen und auf Messen, bringen diese Kopfhörer erhebliche hygienische Probleme. Der auf einen einzelnen Platz fokussierte Schall der beschriebenen Matrix könnte das Problem, auch mit preiswerten Einzelstrahlern, lösen. Das Schallfeld ließe sich sogar dem bewegten Zuhörer nachführen. Mit den bekannten Acrylglas-Kuppeln für diese Fokussierung ist das nicht möglich.at constantly changing public, for example in exhibitions and at fairs, bring these headphones significant hygienic problems. Focusing on a single place Sound of the described matrix could be the problem, too inexpensive single heaters, solve. The sound field would let even the moving listener tracking the. With the well-known acrylic glass domes for this That's not possible.

Bei praktisch aufgebauten Anlagen mit line-Arrays hat sich herausgestellt, daß der Einfluß von Artefakten, die durch die partielle Unterbrechung der Schallzeilen entstehen, relativ gering ist. Dort, wo eine Tür ist, kann die Zeile relativ breit unterbrochen werden, ohne das es subjektiv wahrnehmbar wird.at practically constructed systems with line arrays have been found that the Influence of Artifacts caused by the partial interruption of the sound lines arise, is relatively low. Where a door is, the line can be relative be interrupted broadly, without which it becomes subjectively perceptible.

Gleiches wird auch für die Matrix gelten. Als einfache Anwendung scheint es deshalb sogar noch sinnvoll, das Verfahren auf die frontale Schallwand einzeln aufgestellter Lautsprecherboxen anzuwenden.The same will also be for apply the matrix. As a simple application, it even seems so still useful, the procedure on the frontal baffle individually applied loudspeaker boxes.

Die Reproduktion einer solchen Anordnung wird natürlich weit hinter der Natürlichkeit des Schallfeldes der Matrix zurückbleiben, aber schon mit wenigen Einzelstrahlern werden die oben beschriebenen Fehler herkömmlicher Lautsprecherboxen, zumindest im höheren Frequenzbereich, weniger deutlich sein.The Of course, reproduction of such an arrangement will go far beyond naturalness remain behind the sound field of the matrix, but even with a few individual emitters are the errors described above conventional Loudspeaker boxes, at least in the higher frequency range, less be clear.

Und schon der Versuch, wenigstens die stärksten Reflektionen überhaupt zu generieren, wird eine deutlich verbesserte subjektive Wahrnehmung hervorrufen. Auch wenn sie nicht in der beschriebenen Weise aufwendig generiert, sondern nur durch einige Standardsetups für feste Verzögerungszeiten erzeugt wurden. Mit solchen einfachen zusätzlichen verzögerten Signalen kann selbst eine übliche d'Appolito-Lautsprecheranordnung schon eine überraschende Räumlichkeit erzeugen.And even the attempt, at least the strongest reflections ever generate a significantly improved subjective perception. Even if they are not elaborately generated in the manner described, but only generated by some standard setups for fixed delay times were. With such simple additional delayed signals can even a usual d'Appolito speaker arrangement already a surprising three-dimensionality produce.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[1] LI XU, Shigeto Furkawa, John. C. Mmiddlebrooks, "Sensivity to Sound Source Elevation in Nontropic Auditory Cortex ", The Journal of Neurophysiology Vol. August 1998, pp. 882-894
[2] "The CARROUSO project, ": http://www.emt.iis.fhg.de/projects/carrouso/
[3] T.Caulkins, E.Corteel, O. Warusfel, "Wave field synthesis interaction with the listening environment, improvements in the reproduction of virtual sources situatet inside the listening room", Proc. Of the 6 th Int. Conference Audio Effects (DAFx-03), London, UK, September 8-11, 2003
[4] Wittek, Helmut: http://www.irt.de/wittek/hauptmikrofon/wittek wfs litreview.pdf
[5] S. Spors, A. Kuntz, R. Rabenstein, "Listening room compensation for wave field synthesis ", IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME), Baltimore, Maryland, USA, July 2003
[6] Fasold, Sunday, Winkler, "Building physics design Building and Room Acoustics "VEB Publishing house for construction, 1987, ISBN 3-345-00140-3

Claims

Transformation of the early sound field according to the Huygens'schen principle of wave field synthesis, characterized in that the virtual sound sources, also outside the acoustically representable for the listener area within the limits of the transducer assembly, generated by linking the data from real or virtual recording room and the playback room at positions from which they are perceived after reflection at the boundary surfaces of the playback room for the listener at the distance and near the position of the mirror sound sources that would generate or generate an associated sound source at the boundary surfaces of the recording room, thereby producing a sound field that appears to be has the dimension of the sound field of the recording room.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that the amplitudes of the described virtual sound sources in the octaves are corrected so that the difference of the reflection factors of relevant boundary surfaces of recording and playback room by appropriate correction of the Level of the virtual sound source is compensated.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that the spatial Directional characteristic of a sound source by amplitude corrections their virtual mirror sound sources in the playback side sound field synthesis is reproduced.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that through the spatial positions of the virtual sound sources wavefronts be generated opposite the direct wave prematurely in the direction of the boundary surfaces of the Playback room are radiated to its acoustically perceived dimension virtually shrink.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that in a common playback room discrete smaller virtual Reproduction rooms are generated in which different signals are generated.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that the playback sound field is reduced to a small part of the room, it over Change in the Parameters of the listener position tracked can be.

Transformation of the early sound field according to Huygens' principle of Wave field synthesis according to claim 1, characterized in that the data on the current position and orientation of the sound sources in the recording room along with the parameters of this room for recorded Sound events transmitted before the audio transmission and be merged with the audio data in a time-line during playback can.