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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Generierung
und drahtlosen Übertragung von Audiosignalen und Automationsdaten
für Surroundpanning und Bühnenautomation.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur gleichzeitigen
drahtlosen Übertragung zahlreicher digitalisierter Audiosignale
unterschiedlicher Audioquellen mit einer drahtlosen exakten Lokalisierung
sowie räumlichen und zeitlichen Zuordnung dieser individuellen
Audioquellen zu ihren jeweiligen beweglichen oder festen Standorten.
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Drahtlose
Mikrofone sind seit langem bekannt. Die Vorteile der drahtlosen
Mikrofone besteht in der Flexibilität und Mobilität
der Akteure, es ist keine mühsame Verkabelung notwendig,
was ein schnelles Auf- und Abbauen der Bühnentechnik ermöglicht.
Die Verdrahtung wird hier durch eine HF-Übertragung ersetzt.
Dabei wird für einfache Anlagen die analoge Modulationsart
FM (Frequenzmodulation) benutzt. Zwischen dem Sender und Empfänger
wählt man eine bestimmte Frequenz, die sogenannte Trägerfrequenz.
Pro Funkverbindung wird je Sende- und Empfangseinheit ein Übertragungskanal
mit identischen Trägerfrequenzen benötigt.
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Für
die einstellbaren Trägerfrequenzen existieren verschiedene
Frequenzbänder, die für unterschiedliche Einsätze
und Einsatzarten freigegeben sind oder auf Antrag freigegeben werden
können. Durch den Einsatz eines sogenannten Diversitybetriebes
erreicht man eine höhere Übertragungssicherheit
und Tonqualität in Bezug auf Interferenzstörungen.
Hier stehen gleich zwei Antennen zur Aufnahme des Signals zur Verfügung.
Der Empfänger prüft nun ständig, an welcher
Antenne das Signal des Sendemikrofons stärker ist und wechselt
gegebenenfalls automatisch zwischen den Antennen. Bei einer relativ
geringen Zahl von Audioquellen sind die derzeitigen Problemlösungen
in vielen Fällen hinreichend zufriedenstellend.
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Die
Aufgabe, gleichzeitig eine große Zahl unterschiedlicher
Audiosignale drahtlos zu übertragen, ist jedoch auch heute
noch mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Um eine störungsfreie Übertragung zu
gewährleisten, müssen sowohl die gesetzlichen Bestimmungen
als auch die technischen Probleme bei der Ausnutzung des immer enger
werdenden Frequenzspektrums berücksichtigt werden.
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Die
gleichzeitige Nutzung des Frequenzbereiches durch verschiedene Nutzergruppen
wirft einige Probleme auf. Da drahtlose Mikrofone durch ihre Frequenznutzung
andere Funkanwendungen stören bzw. selbst gestört
werden können, ist ihr Betrieb von vielen Randbedingungen
abhängig. So nutzen drahtlose Mikrofone im Allgemeinen
bisher teilweise die gleichen Frequenzbereiche wie das terrestrische analoge
Fernsehen. Die Fernsehkanäle, deren UHF-Bandbreite 8 MHz
beträgt, besitzen bei der immer seltener werdenden analogen Übertragung
eine 1 MHz-Lücke, so daß man diese Lücke
in Regionen mit überwiegend analoger Fernsehversorgung
zur drahtlosen Audioübertragung (mit einer Bandbreite von
200 kHz pro Übertragungsstrecke) als Sekundärnutzer
mitnutzen kann. Die sich zunehmend regional ausbreitende digitale Übertragung
des DVB-T Signals (DVB-T: Digital Video Broadcasting – Terrestrial) hingegen
verwendet die komplette UHF-Bandbreite des jeweiligen Fernsehkanals
von 8 MHz. Die 1 MHz-Lücke pro UHF-Fernsehkanal steht in
Regionen mit DVB-T Netzen somit der drahtlosen Audioübertragung
nicht mehr zur Verfügung.
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Viele
Empfangseinheiten für drahtlose Mikrofonübertragungen
bieten einen eingebauten Frequenz-Scanner an, mit dem das Übertragungsspektrum
nach freien Frequenzen abgesucht werden kann. Der Scanner sucht
also nach bereits aktiven Sendern und schlägt dann freie
Sendefrequenzen zur Übertragung vor. Allerdings erkennen
einige dieser Scanner das DVB-T Signal nicht, d. h. es wird von ihnen
nur als weißes Hintergrundrauschen interpretiert.
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Daher
ist der Betrieb von drahtlosen Mikrofonanlagen innerhalb der Fernsehkanäle
für DVB-T generell verboten. Die Kanäle, auf denen
DVB-T-Signale ausgestrahlt werden, sind von Region zu Region unterschiedlich
und müssen vor jedem Einsatz überprüft
werden, damit diese Frequenzbereiche gemieden werden können.
Weitere zukünftige Dienste wie z. B. DVB-H (Digital Video Broadcasting – Handheld) werden
ebenfalls in diese Frequenzbereiche fallen und das ohnehin schon
knappe Frequenzspektrum weiter einschränken. Es ist also
in Zukunft mit einer weiteren Reduzierung der Frequenzressourcen
zu rechnen.
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Die
Bundesnetzagentur hat die Aufgabe, eine Regulierung der Frequenzbereiche
vorzunehmen und deren Einhaltung zu überprüfen.
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Seit
dem 01. Januar 2006 hat die Bundesnetzagentur die Frequenzen 790–814
MHz (Fernsehkanäle 61–63) und 838–862
MHz (Fernsehkanäle 67–69) zur professionellen
drahtlosen Übertragung von Mikrofonen allgemein zugeteilt.
Bei der Nutzung dieser Frequenzen fallen also keine Gebühren
mehr an, wie es bisher der Fall war. Allerdings ist diese Allgemeinzuteilung
an gewisse Bedingungen geknüpft, die es unbedingt einzuhalten
gilt. Frequenzen außerhalb des allgemein zugeteilten Bereichs
sind weiterhin Anmelde- und Gebührenpflichtig.
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Die
Allgemeinzuteilung unterscheidet weiter zwischen verschiedene Benutzergruppen
und den örtlichen Umgebungen. So können in geschlossenen Gebäuden
beliebige Frequenzen aus dem gesamten Bereich bedarfsorientiert
von allen Nutzergruppen genutzt werden, sofern sie mindestens 100
kHz von den Kanalgrenzen entfernt auf einem 25 kHz-Raster liegen.
Für die Nutzung außerhalb geschlossener Räume
existieren vorgeschriebene Frequenzraster pro Kanal, aus denen die Übertragungsfrequenzen
je nach Nutzergruppe gewählt werden müssen.
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Beim
gleichzeitigen Betrieb mehrerer Drahtlosmikrofonsender auf unterschiedlichen
Frequenzen kann es im Empfänger zu störenden Interferenzen
oder durch Nichtlinearitäten beim Empfangsprozeß zu
sogenannten Intermodulationsprodukten kommen. Diese entstehen z.
B. dadurch, daß das vom Empfänger aufgenommene
HF-Signal mittels eines Oszillators auf eine feste Zwischenfrequenz
umgesetzt wird. Diese systembedingte nichtlineare Charakteristik
führt zu Mischprodukten auf neuen Frequenzen, den Intermodulationsprodukten
(IM-Produkte). Fallen diese Intermodulationsprodukte in den Nutzbereich
des Systems, kommt es zu Empfangsstörungen. Kritisch sind
da bei die Summen- und Differenzfrequenzen dritter Ordnung, da sie
genau innerhalb des Empfangsbereiches liegen.
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IM-Produkte
höherer Ordnung können vernachlässigt
werden, da mit zunehmender Ordnung die Amplituden der IM-Produkte
typischerweise immer weiter abnehmen.
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Die
Nutzfrequenzen der Funkanlagen müssen also genau zwischen
die kritischen Intermodulationsprodukte gesetzt werden, so daß Störungen
auf den Nutzfrequenzen vermieden werden können. Der dazu
notwendige Rechenaufwand ist enorm und kann nur PC-gestützt
vorgenommen werden. Bei einer Anlage mit 13 Funkanlagen müssen
schon über 1.200 IM-Produkte dritter Ordnung berechnet
werden. Für jede weitere zusätzliche Anlage steigt
der Anspruch. an Planung und Geräte sprunghaft an.
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Eine
Möglichkeit, diese Probleme elegant zu umgehen, basiert
auf der Ultra-Wideband-Technik (UWB-Technik).
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Hierbei
werden keine Sender mit monofrequenter Sendefrequenz benutzt, die
bestimmte frequenzselektive Übertragungskanäle
benötigen, sondern die Übertragung basiert auf
einer Vielzahl sehr kurzer elektrischer Impulse, die nach einem
bestimmten Zeitschema erzeugt und abgestrahlt werden.
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Weil
die verwendeten Impulse außerordentlich kurz sind, ist
das zugehörige Frequenzspektrum der zugeordneten Signalenergie
sehr breit. Aufgrund der maximal zulässigen Ausstrahlung
(EIRP < –41,3 dBm)
ist der sinnvolle Frequenzbereich für UWB-Anwendungen auf
den Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz beschränkt.
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Die
Nutzinformation wird mit Hilfe einer z. B. zeitlichen Modulation
des Impulsdatenstromes der Ultra-Wideband-Sendeeinrichtung (UWB-Sendeeinheit)
digital übertragen. Im allgemeinen wird ein Bit einer Nutzinformation
mit Hilfe mehrerer UWB-Pulse übertragen. Erst durch zeitsynchrones
Aufaddieren der einem Nutz-Bit zugehörigen individuellen
Impulsenergien erhält die Ultra-Wideband-Empfangseinrichtung
(UWB-Empfangseinheit) die erforderlichen auswertbaren digitalen
Informationen.
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Ähnlich
wie vom Spread-Spektrum-Verfahren her bekannt, könnte beispielsweise
ein individuelles digitales Schlüsselwort wie die Pseudo-Noise-Sequenz
(PN-Sequenz) verwendet werden, um nur die von einer ganz bestimmten
Quelle stammenden zu übertragenden Informationen zu dekodieren und
nutzbar zu machen. Gleichzeitig würde der jeweilige UWB-Sender
dann durch diese PN-Sequenz eindeutig identifiziert werden. Alternativ
würde als Schlüsselwort auch eine einfache digitale
Zeichenfolge, die z. B. im Header des zur Modulation verwendeten
Datenstromes untergebracht ist, zur eindeutigen Identifikation des
jeweiligen UWB-Senders genügen.
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Der
Vorteil des UWB-Verfahrens ist, daß eine sehr große
Anzahl von UWB-Sendern sich das gleiche Frequenzspektrum gemeinsam
teilen können. Durch die PN-Sequenz bzw. das Schlüsselwort
wird der UWB-Empfanger in die Lage versetzt, aus der Vielfalt der
Signale, die in Ihrer Summe eine Art Rauschen erzeugen, die gewünschten
digitalen Informationen herauszufiltern.
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Eine
auf der UWB-Technik basierende Audio-Anlage für die Konferenztechnik
wird bereits von der Firma Audio-Technica (www.audio-technica.com) käuflich
angeboten.
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Dieses
Mikrofonsystem mit dem Namen SpectraPulseTM besteht
aus 14 Grenzflächenmikrofon-Transmittern, einer digitalen
Empfangseinheit und einem Audio Control Interface. Dieses System hat
die Firma Mitte des Jahres auf dem amerikanischen Markt eingeführt.
In der Veröffentlichung (Audio-Technica White Paper, SpectralPulseTM Ultra Wideband Wireless Microphone System,
audio-technica, June 2007) wird das System ausgiebig beschrieben.
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Die
technischen Daten beschreiben ein UWB-System mit einer Bandbreite
von 500 MHz bei einer Mittenfrequenz von 6,35 GHz. Die Pulsdauer der
UWB-Übertragung beträgt 3 Nanosekunden. Die Anlage
operiert im Audiobereich bei einer Samplingfrequenz von 24 kHz mit
16 Bit Auflösung und einer Audiobandbreite von 100 Hz bis
12 kHz. Der synchronisierte Betrieb hat eine sogenannte Systemwiederholrate
mit einer Framelänge von 1 ms in der 15 Zeitschlitze untergebracht
sind. Der erste Zeitschlitz wird zur Synchronisation der Sender
mit dem Empfänger benutzt. Die verbleibenden 14 Zeitschlitze enthalten
die Audiodaten der 14 Sendereinheiten. Die Gesamtlatenz des Systems
soll lediglich 1,1 ms betragen. Bei einer durchschnittlichen Sendeleistung von
40 nW deckt die Anlage einen Umkreis von knapp 23 m ab und soll
im Batteriebetrieb für 9 Stunden durchhalten.
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Mit
diesem System werden lediglich die Audiosignale einer Anzahl von
Mikrofonen und die Synchronisationsinformationen übertragen.
Eine Lokalisation der Standorte der einzelnen Mikrofone ist mit diesem
System jedoch nicht möglich. Deshalb ist dieses System
nicht besser geeignet.
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Ein
System zur Generierung und drahtlosen Übertragung von Automationsdaten
für Surroundpanning und Bühnenautomation wird
von der Firma Track The Actors (www.tracktheactors.com)
käuflich angeboten.
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Dieses
System mit dem Namen Stagetracker® basiert
auf herkömmlichen Transpondern, die bei einer Frequenz
von 2,45 GHz ein digital codiertes, träger basiertes Signal
(kein UWB-Signal) aussenden, welches von einer oder mehreren Empfangsstationen
detektiert wird und mit Hilfe eines Personalcomputers in dreidimensionale
Positionsdaten umgesetzt wird. Die Zuordnung der Positionsdaten zu
den entsprechenden zugehörigen Audiodaten wird innerhalb
der Stagetracker-Software mit Hilfe einer Matrix vorgenommen. Die
jeweils verwendeten Transponder sind relativ klein, können
jedoch keine zusätzlichen Audiodaten übertragen.
Deshalb ist dieses System nicht besser geeignet.
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Eine
auf der UWB-Technik basiertes dreidimensionales Positionsbestimmungssystem
wird von der Firma Ubisense (www.ubisense.net)
käuflich angeboten.
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Dieses
Positionsbestimmungssystem besteht aus einer Anzahl kleiner UWB-Sender
(6 GHz–8 GHz), einer Anzahl UWB-Sensoren, welche die eigentlichen
UWB-Empfangseinheiten darstellen und den Ort der jeweiligen UWB-Sender
mit Hilfe einer vierfachen UWB-Antennenanordnung (zur Einfallswinkel
und Laufzeitbestimmung) sowie einer zentralen Rechnereinheit lokalisieren.
Gleichzeitig senden diese UWB-Sensoren trägerbasierte Kontrollsignale
zur Synchronisation der jeweiligen UWB-Sender auf einem Kontrollkanal mit
einer Frequenz von 2,4 GHz aus. Zusätzlich können
verschiedene Hilfssignale zwischen den jeweiligen Einheiten über
diesen Kontrollkanal ausgetauscht werden. Die UWB-Übertragung
von Audio-Signalen ist bei diesem System jedoch nicht vorgesehen
und auch nicht möglich. Deshalb ist dieses System nicht
besser geeignet.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
mit geringem technischen Aufwand eine oder mehrere ausgewählte
Audioquellen bzw. Sendeeinheiten in einer Ansammlung zahlreicher
Audioquellen drahtlos zu identifizieren, die entsprechenden Audiosignale
zu übertragen und die räumliche Position der jeweiligen
Audioquellen möglichst exakt zu lokalisieren. Dabei sollen
die einzelnen Audiodaten der jeweiligen Audioquellen mit den diesen
Quellen zugeordneten Positionsdaten sowohl direkt verwendet werden
können, um z. B. einen Bühnenscheinwerfer auf
einen ausgewählten Musiker auszurichten und wenn er sich
bewegt verzögerungsfrei automatisch nachzuführen, als
auch für eine spätere Verwendung abgespeichert werden
können.
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Die
obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 oder ein System gemäß Anspruch 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch die Kombination von Audionutzdatenübertragung
und Positionsbestimmung ein erheblich geringerer Aufwand beim Auf-
und Abbau sowie bei der Planung und Durchführung von Bühnenshows
bei Rundfunk- und Bühnenveranstaltungen notwendig ist.
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Durch
die Verwendung der UWB-Technik für beide Aufgaben können
ein und dieselben Signale gleichzeitig für die digitale Übertragung
der Audiodaten als auch zur Positionsbestimmung ohne zusätzliche
technische Maßnahmen verwendet werden, wodurch sich der
schaltungstechnische Aufwand erheblich reduzieren läßt.
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Es
wird davon ausgegangen, daß die UWB-Übertragung
von Audiosignalen anmelde- und gebührenfrei ist bzw. wird.
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Bei
der derzeitigen Gesetzeslage kann dieses Verfahren außerdem
als lizenzfreies Overlay-System genutzt werden, was eine Mehrfachnutzung
des zur drahtlosen Übertragung zur Verfügung stehenden
Frequenzbereiches ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher beschrieben. Es zeigt
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1 schematisch
eine mögliche Anordnung der benötigten Übertragungskomponenten;
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2 schematisch
die unterschiedlichen Laufzeiten der UWB-Impulse zu den jeweiligen UWB-Empfangseinheiten;
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3 beispielhaft
die zeitliche Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden
Impulse der in der Mitte der Bühne positionierten UWB-Sendeeinheit;
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4 beispielhaft
die zeitliche Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden
Impulse der in der linken vorderen Ecke der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit;
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5 beispielhaft
die zeitliche Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden
Impulse der in der Mitte des rechten Randes der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit;
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6 beispielhaft
die zeitliche Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden
Impulse der in dem rechten vorderen Bereich der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit; und
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7 das
Blockschaltbild der wichtigsten Komponenten der UWB-Auswerteeinheit.
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Die
in 1 schematisch gezeigte mögliche Anordnung
der benötigten Übertragungskomponenten spiegelt
den typischen Aufbau im Rahmen einer Show oder Aufführung
auf einer Bühne (B) wieder. Damit kann sowohl die Darbie tung
im Rahmen einer Theater- oder Musicalvorstellung, einer Musikdarbietung,
einer Fernsehübertragung oder einer ähnlichen Veranstaltung
gemeint sein. In den vier Ecken der Bühne (B) befinden
sich Halterungen für die unteren UWB-Empfangseinheiten
der linken vorderen Ecke (AU1), der linken hinteren Ecke (AU2),
der rechten hinteren Ecke (AU3) und der rechten vorderen Ecke (AU4).
Auf den gleichen Halterungen finden sich ebenfalls die oberen UWB-Empfangseinheiten
der linken vorderen Ecke (AO1), der linken hinteren Ecke (AO2),
der rechten hinteren Ecke (AO3) und der rechten vorderen Ecke (AO4).
Auf der Bühne (B) befindet sich beispielsweise ein frei
beweglicher Sänger, der eine im Mikrofon integrierte UWB-Sendeeinheit
(M) mit sich führt.
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Die
von dieser UWB-Sendeeinheit (M) ausgehenden UWB-Impulsfolgen benötigen
je nach aktueller Position der UWB-Sendeeinheit unterschiedliche
Laufzeiten (TU1 bis TO4), um zu den jeweiligen UWB-Empfangseinheiten
(AU1 bis AO4) zu gelangen. Die 2 zeigt
schematisch die unterschiedlichen Laufzeiten (TU1 bis TO4) der von
der UWB-Sendeeinheit (M) zu den jeweiligen UWB-Empfangseinheiten
(AU1 bis AO4) ausgehenden UWB-Impulse. Zur räumlichen Lokalisierung
werden die Laufzeit (TU1) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur unteren
UWB-Empfangseinheit der linken vorderen Ecke (AU1), die Laufzeit
(TU2) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur unteren UWB-Empfangseinheit
der linken hinteren Ecke (AU2), die Laufzeit (TU3) von der UWB-Sendeeinheit
(M) zur unteren UWB-Empfangseinheit der rechten hinteren Ecke (AU3)
und die Laufzeit (TU4) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur unteren
UWB-Empfangseinheit der rechten vorderen Ecke (AU4) benötigt.
Weiterhin wird die Laufzeit (TO1) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur
oberen UWB-Empfangseinheit der linken vorderen Ecke (AO1), die Laufzeit
(TO2) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur oberen UWB-Empfangseinheit
der linken hinteren Ecke (AO2), die Laufzeit (TO3) von der UWB-Sendeeinheit
(M) zur oberen UWB-Empfangseinheit der rechten hinteren Ecke (AO3)
und die Laufzeit (TO4) von der UWB-Sendeeinheit (M) zur oberen UWB-Empfangseinheit
der rechten vorderen Ecke (AO4) benötigt.
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Um
den Zusammenhang zwischen den Laufzeiten und der Position der UWB-Sendeeinheit
beispielhaft zu erläutern, werden in den nachfolgenden Bildern
zur Vereinfachung lediglich die an den unteren UWB-Empfangseinrichtungen eintreffenden UWB-Signale
betrachtet. Dadurch ist zwar lediglich eine zweidimensionale Positionsbestimmung
möglich, das Prinzip der Laufzeitlokalisierung wird so aber
sehr leicht verständlich.
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Die 3 zeigt
beispielhaft die zeitliche Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten
eintreffenden Impulse der in der Mitte der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit (M). Alle UWB-Empfangseinheiten sind bei dieser
Position der UWB-Sendeeinheit (M), gleich weit entfernt. Somit treffen
alle UWB-Impulse gleichzeitig an den jeweiligen UWB-Empfangseinheiten
ein. Die 4 zeigt beispielhaft die zeitliche
Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden Impulse
bei einer in der linken vorderen Ecke der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit. Während die vordere untere UWB-Empfangseinheit
das UWB-Signal nahezu verzögerungsfrei erhält,
treffen die UWB-Impulse an der hinteren linken und der vorderen
rechten Ecke später aber gleichzeitig ein. Die hintere
rechte Ecke erhält den jeweiligen UWB-Impuls zuletzt, weil
der Abstand dahin am größten ist.
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Es
zeigt 5 beispielhaft die zeitliche Verteilung der an
den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden Impulse der in der Mitte
des rechten Randes der Bühne positionierten UWB-Sendeeinheit
und schließlich 6 beispielhaft die zeitliche
Verteilung der an den UWB-Empfangseinheiten eintreffenden Impulse
der in dem rechten vorderen Bereich der Bühne positionierten
UWB-Sendeeinheit. Es ist leicht zu erkennen, daß die jeweiligen
Laufzeiten direkt proportional zum Abstand zwischen der UWB-Sendeeinheit
(M) und den unterschiedlich angebrachten UWB-Empfangseinheiten (AU1
bis AO4) sind. Für den Fall, daß die UWB-Empfangseinheiten
(AU1 bis AO4) wie beispielhaft in 1 bzw. 2 dargestellt angeordnet
sind, läßt sich die jeweilige Position der ausgewählten
UWB-Sendeeinheit (M) dreidimensional, also räumlich bestimmen.
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Die
von den UWB-Empfangseinheiten (AU1 bis AO4) aufbereiteten Signale
(RU1 bis RO4) werden zur weiteren Bearbeitung zunächst
einer UWB-Auswerteeinheit (CPU) zugeführt. Um die Informationen über
die Laufzeitdifferenzen der an den einzelnen UWB-Empfangseinheiten
eintreffenden UWB-Impulse unverfälscht dieser UWB-Auswerteeinheit
(CPU) zuführen zu können ist es erforderlich, die
jeweiligen elektrischen Verbindungsleitungen (z. B. Koaxialkabel)
zwischen den UWB-Empfangseinheiten und der UWB-Auswerteeinheit exakt
gleichlang zu gestalten. Die sich dann je nach Aufstellungsort ergebenden
zu langen Kabellängen lassen sich jedoch problemlos auf
Kabelrollen unterbringen.
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Bei
fest installierten Anlagen können auch entsprechend eingestellte
und exakt abgeglichene elektronische Verzögerungsbausteine
die Kabelrollen ersetzen und den Aufbau der Anlage dadurch etwas
kompakter gestalten.
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Eine
rechenbasierte Alternative kann durch eine Laufzeitmessung beim
Einschalten des Systems realisiert werden. Dabei wird zur Initialisierung nacheinander
eine Lernsequenz an jede UWB-Empfangseinheit gesendet und von dieser
wieder zurück geschickt. Die dabei gemessene Dauer dieses
Vorgangs kann zur Laufzeitkompensation herangezogen werden.
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Das
Blockschaltbild der wichtigsten Komponenten der UWB-Auswerteeinheit
ist in der 7 gezeigt. Neben der bereits
erwähnten UWB-Auswerteeinheit sind noch ein Speicher für
die Audiodaten (SA), ein Speicher für die Positionsdaten
(SP) und eine Zeitbasis vorhanden, wobei letztgenannte die zur zeitlichen
Synchronisation der einzelnen Komponenten erforderlichen Synchronsignale
(CL) erzeugt und an die entsprechenden Bausteine bzw. Schaltungskomponenten
verteilt. Der UWB-Auswerteeinheit (CPU) werden die aufbereiteten
Empfangssignale (RU1 bis RO4) von den UWB-Empfangseinheiten (AU1
bis AO4) zugeführt, diese erkennt anhand den im Datenstrom
integrierten Identifikationsdaten aus der Vielzahl der Datenströme
der unterschiedlichen Audioquellen und deren zugeordneten jeweiligen UWB-Sendeeinheiten
sowohl die Audiodaten (A) als auch die zugehörigen dreidimensionalen
Positionsdaten (P). Diese werden entweder zur späteren
Verwendung in den Speichern (SA) bzw. (SP) abgelegt oder zur direkten
Weiterverwendung ausgelesen.
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Bei
genügend hoher Frequenz der Synchronisationssignale (CL)
liefert der Speicher für die Audiodaten (SA) nahezu Latenzzeitfrei
die aktuellen Audiodaten (Aout) und der Speicher für die
Positionsdaten (SP) die aktuellen Positionsdaten (Pout).
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Da
UWB-Impulsfolgen in der Regel ein extrem geringes Tastverhältnis
aufweisen, kann es die Auswertung der Datenströme aus unterschiedlichen UWB-Sendeeinheiten
erheblich erleichtern, wenn die UWB-Impulsfolgen der einen UWB-Sendeeinheit zeitlich
in die Sendepausen der anderen UWB-Sendeeinheit fallen und umgekehrt.
Bei einer Zahl bis zu eintausend UWB-Sendeeinheiten wird das Problem der
Signalauswertung immer aufwendiger und zeitintensiver. Dadurch wachst
dann die Gefahr, das die Signalerkennung und die Verarbeitung bei
zunehmender Anzahl gleichzeitig betriebener UWB-Sendeeinheiten soviel
Zeit beansprucht, daß beispielsweise der vom Akteur gesungene
Ton erst aus dem Lautsprecher ertönt, wenn diese den Mund
bereits wieder geschlossen hat. Dies sollte bei Life-Sendungen unbedingt
vermieden werden, d. h. die durch die Signalverarbeitung entstehende
Latenzzeit muß möglichst minimal gehalten werden.
Hierzu ist es eine große Hilfe, wenn die einzelnen UWB-Sendeeinheiten
zusätzlich einfache herkömmliche Empfänger
für ein generelles Synchronsignal aufweisen. Dieses generelle
Synchronsignal wird beispielsweise aus dem bereits vorhandenen Synchronsignal
(CL) durch Teilung abgeleitet und (z. B. über ein ISM-Frequenzband)
zyklisch an alle beteiligten UWB-Sendeeinheiten übertragen.
Diese haben nun die Möglichkeit die jeweiligen Zeitschlitze
in denen sie ihre UWB-Impulse aussenden aufeinander so abzustimmen,
daß es nicht zu zeitlichen Überschneidungen der
UWB-Signale kommt, was wiederum bedeutet, daß auch eine sehr
große Anzahl von Datenströmen rasch (kurze Samplezeiten)
ausgewertet werden kann, weil dann nur kurze wiederholte UWB-Impulsfolgen
zur betriebssicheren Datenübertragung notwendig sind.
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Die
in der 1 bzw. der 2 beschriebene
Anordnung der UWB-Empfangseinheiten ist sehr betriebssicher und
störunanfällig, weil relativ viel Redundanzinformationen
in den in dieser Form übertragenen UWB-Signalen vorhanden
sind. So können Laufzeitfehler durch Reflektionen z. B.
an metallenen Bühnenaufbauten durch eine Erhöhung
der Samplerate und durch entsprechende Software minimiert werden.
Die relativ aufwendige Anordnung eignet sich insbesondere für
dauerhafte Bühnenaufbauten in Theater und Filmstätten.
Für mobile Bühnenaufbauten, eine geringere Anzahl
von Audioquellen und relativ aufbautenarme Bühnen, genügen
weitaus weniger UWB-Empfangseinheiten. So müssen, wenn lediglich
die Laufzeiten der UWB-Signale zur Positionsbestimmung verwendet
werden, minimal drei UWB- Empfangseinheiten am Bühnenrand
angebracht werden, um die Audioquelle in der Ebene zu lokalisieren.
Um die räumlichen Informationen zu erhalten muß dann
noch eine vierte UWB-Empfangseinheit entweder über oder
aber auch unter der Bühne angebracht werden. Man kann aber
auch die von der UWB-Radartechnik her bekannte Antennentechnik verwenden,
bei der ein Antennenfeld in vier Zonen aufgeteilt wird und aus dem
extrem geringen Laufzeitunterschied, mit dem die einzelnen Antennenfelder
vom UWB-Signal erreicht werden auf die Einfallsrichtung schließen.
So kann man sogar mit nur zwei solcher UWB-Empfangseinheiten die
räumliche Zuordnung der Audioquellen durchführen.
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Die
Möglichkeiten, die sich hieraus ergänzend ergeben
sind vielfältiger Art. So kann beispielsweise ein Bühnenscheinwerfer
auf einen ausgewählten Musiker ausgerichtet und wenn er
sich bewegt verzögerungsfrei automatisch nachgeführt
werden. Zudem besteht die Möglichkeit, bei Bühnenveranstaltungen
das jeweilige Audiosignal einer entsprechenden UWB-Sendeeinheit
auf dem der jeweiligen UWB-Sendeeinheit am nächsten gelegenen
Monitorlautsprecher zu reduzieren, um dort die Rückkopplungsgefahr
zu verringern. Die gespeicherten Lokalisationsdaten der jeweiligen
UWB-Sendeeinheiten lassen sich außerdem für eine
Automation der Verteilung des entsprechenden Audiosignals im Surround- oder
Stereopanorama benutzen.
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Es
ist anzumerken, daß an Stelle des UWB-Funks auch eine sonstige
drahtlose Übertragungstechnik eingesetzt werden kann. Die
vorliegende Erfindung erfaßt vorzugsweise eben auch sonstige
drahtlose Übertragungstechniken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - www.audio-technica.com [0021]
- - www.tracktheactors.com [0025]
- - www.ubisense.net [0027]