DE102008004674A1 - Signal recording with variable directional characteristics - Google Patents

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Richard Schultz-Amling
Jukka Ahonen
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Abstract

Ein Signalprozessor dient zum Erzeugen eines Substitutionssignals (10) mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik unter Verwendung eines ersten Signals (8a) mit bekannter räumlicher Richtcharakteristik und eines zweiten Signals (8b) mit bekannter räumlicher Richtcharakteristik. Das erste Signal und das zweite Signal werden in eine spektrale Darstellung umgesetzt. Im Signalprozessor werden die spektralen Darstellungen des ersten Signals und des zweiten Signals gemäß einer Kombinationsregel kombiniert, um Amplitudenparameter einer spektralen Darstellung des Substitutionssignals mit vorbestimmter Richtcharakteristik (10) zu erhalten. Gemäß der Kombinationsregel werden die Absolutbeträge von Amplitudenparametern der spektralen Darstellungen des ersten Signals und des zweiten Signals kombiniert, sodass die vorbestimmte Richtcharakteristik sich von der Richtcharakteristik des ersten (8a) und des zweiten (8b) Signals unterscheidet.A signal processor is used to generate a substitution signal (10) having a predetermined spatial directional characteristic using a first signal (8a) having a known spatial directional characteristic and a second signal (8b) having a known spatial directional characteristic. The first signal and the second signal are converted into a spectral representation. In the signal processor, the spectral representations of the first signal and the second signal are combined according to a combination rule to obtain amplitude parameters of a spectral representation of the substitution signal having a predetermined directivity (10). According to the combination rule, the absolute amounts of amplitude parameters of the spectral representations of the first signal and the second signal are combined so that the predetermined directivity differs from the directivity of the first (8a) and second (8b) signals.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Aufnahme von Signalen, wie beispielsweise Audiosignalen, und insbesondere damit, wie aus mit bekannter Richtcharakteristik aufgezeichneten Signalen ein Substitutionssignal abgeleitet werden kann, das eine davon abweichende Richtcharakteristik aufweist, um eine räumliche Charakteristik eines den Raum ausfüllenden Signals beschreiben zu können.The The present invention is concerned with the recording of signals, such as audio signals, and more particularly how, out With known directional characteristics recorded signals a substitution signal can be derived, which deviates from a directional characteristic has a spatial characteristic of the space to be able to describe the filling signal.

Bei Vielkanalaudio-Reproduktionssystemen ist ein Zuhörer von einer Mehrzahl von Lautsprechern umgeben. Das einfachste Mehrkanal-Wiedergabesystem ist ein Stereo-Setup mit zwei Lautsprechern. Ohne zusätzliche künstliche Beeinflussungen des wiederzugebenden Klangs kann ein Stereo-System lediglich solche Tonquellen mit richtiger Ortbarkeit wiedergeben, die sich auf der Linie befinden, die die beiden Lautsprecher des Stereo-Setups verbindet. Klang bzw. ein Signal, das aus anderen Raumrichtungen kommt, kann nicht korrekt wiedergegeben werden, sofern es die räumliche Orientierung anbelangt. Werden mehrere Lautsprecher verwendet, die um den Zuhörer angeordnet sind, können mehrere Raumrichtungen korrekt wiedergegeben werden, woraus sich ein natürlicherer räumlicher Klangeindruck für den Zuhörer ergeben kann. Das bekannteste solcher Mehrkanal-Lautsprechersysteme bzw. Layouts ist das standardisierte 5.1-Wiedergabe-Setup (ITU-R 7754-1), das aus fünf Lautsprechern besteht, die in Winkeln von 0°, +30° und + 110° relativ zur Abhörposition angeordnet sind. Darüber hinaus wurden eine Reihe weiterer Wiedergabe-Setups mit unterschiedlichen Anzahlen von Lautsprechern an unterschiedlichen Positionen vorgeschlagen bzw. verwendet.at Multi-channel audio reproduction systems is a listener of surrounded by a plurality of speakers. The simplest multi-channel playback system is a stereo setup with two speakers. Without additional artificial influences on the sound to be reproduced a stereo system can only provide such sound sources with proper Reproduce locators that are on the line that the connects two speakers of the stereo setup. Sound or a Signal coming from other directions may not be correct provided that it is the spatial orientation As. Are multiple speakers used around the listener are arranged, several spatial directions can be correct be reproduced, resulting in a more natural spatial Sound impression for the listener may result. The best known of such multi-channel speaker systems or layouts the standardized 5.1 playback setup (ITU-R 7754-1) that out consists of five loudspeakers operating at angles of 0 °, + 30 ° and + 110 ° relative to the listening position are arranged. In addition, a number of others Playback setups with different numbers of speakers proposed or used at different positions.

Um Klang räumlich richtig verteilt wiedergeben zu können, ist es zunächst erforderlich, den Klang so aufzunehmen, dass die Raumrichtung der einzelnen Klangquellen erhalten bleibt bzw. reproduziert werden kann. Dies kann zum einen dadurch geschehen, dass bereits nach oder während der Aufnahme die aufgenommenen Signale so abgemischt werden, dass für jeden der fünf Wiedergabelautsprecher des ITU-Systems ein Audiokanal erzeugt wird, der bei der Wiedergabe dem entsprechenden Lautsprecher zugeordnet wird.Around To be able to reproduce sound spatially correctly distributed, It is first necessary to record the sound so that the spatial direction of the individual sound sources is maintained or can be reproduced. This can be done by that already after or during the recording the recorded Signals are mixed so that for each of the five Playback speaker of the ITU system an audio channel is generated assigned to the corresponding speaker during playback becomes.

In jüngerer Vergangenheit wurde eine andere, effiziente Art des Aufnehmens von räumlichen Audiosignalen vorgeschlagen, mit der es ermöglicht wird, den räumlichen Eindruck, der bei der Aufnahme vorherrschte, mit unterschiedlichen Lautsprechersystemen, deren relative geometrische Ausrichtung a priori nicht bekannt sein muss, wiederzugeben. Dieses Verfahren wird als DirAC ( Directional Audio Coding, Pulkki, V., „Directional audio coding in spatial sound reproduction and stereo upmixing", in Proceedings of The AES 28th International Conference, pp. 251–258, Pitea, Sweden, June 30–July 2, 2006 ) bezeichnet. Wie bereits erwähnt, kann ein so aufgenommenes Signal mit beliebigen Lautsprecher-Setups wiedergegeben werden. Dabei ist es das Ziel, das mittels DirAC aufgenommene Signal so aufzuzeichnen, dass dieses so präzise wie möglich mittels eines beliebigen Vielkanal-Lautsprechersystems wiedergegeben werden kann, wobei der räumliche Klangeindruck des Orts, an dem die Aufnahme durchgeführt wurde, möglichst präzise reproduziert werden soll.In the recent past, another efficient way of recording spatial audio signals has been proposed, which makes it possible to reproduce the spatial impression prevailing in the recording with different loudspeaker systems whose relative geometric orientation need not be known a priori. This procedure is called DirAC ( Directional Audio Coding, Pulkki, V., "Directional audio coding in spatial sound reproduction and stereo upmixing", in Proceedings of The AES 28th International Conference, pp. 251-258, Pitea, Sweden, June 30-July 2, 2006 ) designated. As already mentioned, a signal recorded in this way can be played back with any speaker setup. The aim is to record the signal recorded by DirAC so that it can be reproduced as precisely as possible by means of any multi-channel speaker system, the spatial sound impression of the place where the recording was performed, should be reproduced as precisely as possible.

In dem DirAC-Szenario wird das Audiosignal mit einem omnidirektionalen Mikrofon (W) und mit einem Satz von Mikrofonen aufgezeichnet, die es ermöglichen, sowohl einen Intensitätsvektor des Klangfeldes zu bestimmen als auch die Diffusität („diffuseness") desselben.In The DirAC scenario is the audio signal with an omnidirectional Microphone (W) and recorded with a set of microphones that allow both an intensity vector to determine the sound field as well as the diffuse ("diffuseness") thereof.

Der Intensitätsvektor bezeichnet dabei die Richtung, aus der der aufgenommene Klang mit maximaler Energie zum aufgenommenen Signal beiträgt. Die Diffusität beschreibt in Form eines Parameters die Gleichmäßigkeit des räumlichen Klang eindrucks. Wird der Klang mit identischer Intensität aus allen Richtungen wahrgenommen, ist ein Fall maximaler Diffusität erreicht. Minimale Diffusität herrscht hingegen, wenn der Klang lediglich von einer einzigen Schallquelle aus einer genau definierten Richtung wahrgenommen bzw. aufgezeichnet wird. Nach der DirAC-Analyse zeigt auch der Intensitätsvektor in diese Richtung. Eine Möglichkeit ein Signal so aufzuzeichnen besteht darin, drei Mikrofone (X, Y, Z) mit „hanteiförmiger" Richtcharakteristik zu verwenden, die so ausgerichtet sind, dass deren maximale Richtwirkung parallel zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems verläuft (siehe beispielsweise: Craven G. and Gerzon M. „Coincident microphone simulation covering three dimensional space and yielding various directional outputs". United States Patent 4042779 ). Aufgrund der hantelförmigen Richtcharakteristik wird ein solches Mikrofon häufig auch als Dipol bezeichnet (siehe beispielsweise: G. W. Elko: „Superdirectional microphone arrays" in S. G. Gay, J. Benesty (eds.): „Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-3-540-41953-2 ; and Merimaa, J., "Applications of a 3-D Microphone Array," in Proceedings of the AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002 ).The intensity vector indicates the direction from which the recorded sound contributes maximum energy to the recorded signal. In the form of a parameter, the diffusibility impressively describes the uniformity of the spatial sound. If the sound is perceived with identical intensity from all directions, a case of maximum diffusivity is achieved. On the other hand, there is minimal diffuseness when the sound is perceived or recorded only by a single sound source from a well-defined direction. After the DirAC analysis, the intensity vector also points in this direction. One way to record a signal is to use three microphones (X, Y, Z) with a "dumbbell" polar pattern that are oriented so that their maximum directivity is parallel to the axes of a Cartesian coordinate system (see, for example: Craven G. and Gerzon M. "Coincident microphone simulation covering three dimensional space and yielding various directional outputs". United States Patent 4042779 ). Due to the dumbbell-shaped directional characteristic, such a microphone is often referred to as a dipole (see, for example: GW Elko: "Superdirectional microphone arrays" in SG Gay, J. Benesty (eds.): "Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-3-540-41953-2 ; and Merimaa, J., Applications of a 3-D Microphone Array, in Proceedings of the AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002 ).

Eine Möglichkeit, die Signale W, X, Y und Z zu erhalten, ist, ein sogenanntes „Soundfield"-Mikrofon zu verwenden, das unmittelbar sämtliche dieser Signale erzeugt. Die Signale W, X, Y und Z können alternativ auch mit einer Mehrzahl von omnidirektionalen Mikrofonen bestimmt werden, die an unterschiedlichen Orten im 3-dimensionalen Raum angeordnet sind, wie beispielsweise an den Ecken eines Oktaeders. Aus zwei räumlich voneinander getrennten omnidirektionalen Mikrofonen kann ein virtuelles Mikrofon mit einer Richtcharakteristik, deren Maximum in Richtung der Verbindungslinie zwischen den beiden omnidirektionalen Mikrofonen zeigt, gebildet werden, indem die Signale der beiden Mikrofone voneinander subtrahiert werden.One way to obtain the signals W, X, Y and Z is to use a so-called "soundfield" microphone use that directly generates all of these signals. The signals W, X, Y and Z may alternatively be determined with a plurality of omnidirectional microphones located at different locations in 3-dimensional space, such as at the corners of an octahedron. From two spatially separated omnidirectional microphones, a virtual microphone with a directional characteristic, the maximum points in the direction of the connecting line between the two omnidirectional microphones, are formed by the signals of the two microphones are subtracted from each other.

Es gibt jedoch eine Vielzahl von Anwendungen, in denen es nicht möglich ist, die Mikrofone in drei Dimensionen im Raum anzuordnen. Beispielsweise kann es lediglich möglich sein, die Mikrofone in vorbestimmter Orientierung auf der Oberfläche einer Ebene anzuordnen. Ferner kann es zur Kostenreduktion erforderlich sein, die Anzahl der Mikrofone, die zur Aufnahme eines räumlichen Signals verwendet werden, zu reduzieren. Dies kann dazu führen, dass die Anzahl der Mikrofone geringer ist als dies eigentlich für die Aufnahme eines Signals mit den Komponenten W, X, Y und Z erforderlich wäre. Soll in einem solchen Szenario ein virtuelles Tonsignal erzeugt werden, das eine vorbestimmte Richtcharakteristik hat, die nicht durch physikalisch vorhandene Mikrofone erzeugt wird, muss das Signal durch geeignete Kombination der Signale existierender Mikrofone erzeugt werden.It However, there are a variety of applications where it is not possible is to arrange the microphones in three dimensions in space. For example it may only be possible, the microphones in a predetermined Orientation on the surface of a plane to arrange. Furthermore, it may be necessary to reduce costs, the number of the microphones used to record a spatial signal used to reduce. This can cause that the number of microphones is lower than that actually for the inclusion of a signal with the components W, X, Y and Z required would. Should be in such a scenario, a virtual sound signal be generated, which has a predetermined directional characteristic, the is not generated by physically existing microphones must the signal by appropriate combination of existing signals Microphones are generated.

Werden auf diese Art und Weise für sämtliche relevanten fehlenden Raumrichtungen Signale mit einer in die entsprechende Raumrichtung zeigende Richtcharakteristik erzeugt, kann beispielsweise der DirAC Algorithmus weiterhin erfolgreich angewendet werden, um ein räumliches Audiosignal aufzuzeichnen. Als Beispiel für die Klangaufnahme mag dabei eine normalerweise relative flache Tischmikrophonanordnung dienen. Verallgemeinernd kann dies mit einem Fall gleichgesetzt werden, in dem die Anordnung von Mikrofonen auf eine Ebene beschränkt ist. Werden omnidirektionale Mikrofone verwendet, können in einer solchen Anordnung lediglich Mikrofonsignale mit Richtcharakteristik in x- und in y-Richtung innerhalb der Ebene durch Messung erzeugt werden. Ein weiteres Mikrofon mag beispielsweise im Zentrum einer rechteckigen Anordnung von omnidirektionalen Signalen angeordnet sein, um ein omnidirektionales Signal W aufzuzeichnen. Um aus den aufgezeichneten Signalen beispielsweise einen Sprecher, der in senkrechter Richtung vor dem Display sitzt bzw. vor der Ebene befindlich ist, lokalisieren zu können bzw. das Signal des Sprechers geeignet verstärken zu können, ist es erforderlich, ein Signal zu er zeugen, das eine Richtwirkung in z-Richtung besitzt, dessen maximale Signalenergie also aus der z-Richtung kommt. Um ein solches Signal zu erzeugen, können lediglich die Signale der übrigen vier bzw. fünf Mikrofone verwendet werden. Die Subtraktion zweier Mikrofonsignale, analog zur Erzeugung der x- bzw. y-gerichteten virtuellen Mikrofonsignale kommt nicht in Betracht, da sich alle verwendeten Mikrofone bezüglich ihrer Z-Koordinate nicht unterscheiden.Become in this way for all relevant missing spatial directions signals with one in the corresponding Directional direction showing directionally generated, for example The DirAC algorithm continues to be successfully applied to to record a spatial audio signal. As an an example for the sound recording like a normally relative flat table microphone arrangement serve. Generalizing this can be be equated with a case in which the arrangement of microphones is limited to one level. Become omnidirectional Microphones used in such an arrangement can only Directional microphone signals in the x and y directions generated within the plane by measurement. Another microphone For example, in the center of a rectangular array of omnidirectional Signals are arranged to record an omnidirectional signal W. For example, from the recorded signals a speaker, which sits in the vertical direction in front of the display or in front of the plane is located to be able to locate or the signal to amplify the speaker appropriately is it is necessary to produce a signal that has a directivity in Z direction has its maximum signal energy thus from the z direction comes. To generate such a signal, only the signals of the remaining four or five microphones be used. The subtraction of two microphone signals, analogous to Generation of the x- or y-directed virtual microphone signals comes not considered, since all microphones used with respect their Z coordinate does not differ.

Mittels bekannten „beam forming"-Techniken kann bei Verwendung eines planaren Mikrofon-Arrays bzw. einer in einer Ebene angeordneten Mikrofon-Matrix ein Signal mit einer Richtcharakteristik erzeugt werden, welche ein Maximum in z-Richtung hat. Beam-forming wird unter anderem auch bei WLAN Antennen verwendet. Dabei werden beispielsweise sogenannte „Filter-and-sum-beam-former" (siehe beispielsweise: G. W. Elko: „Superdirectional microphone arrays" in S.G. Gay, J. Benesty (eds.): „Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-0792378143 ; und J. Bitzer, K.U. Simmer: "Superdirective microphone array" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): „Microphone Arrays – Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 2, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-540-41953-2 ) oder differentielle Mikrofon-Arrays verwendet. Dabei werden überwiegend Signale einzelner Mikrofone bzw. Antennen phasenverschoben und gewichtet aufaddiert, so dass sich für eine der Phasenverschiebung zugeordnete Raumrichtung eine konstruktive Interferenz der einzelnen Antennen bzw. Mikrofone ergibt, ein aus dieser Raumrichtung aufgenommenes Signal dadurch also verstärkt wird.By means of known beam-forming techniques, when using a planar microphone array or a microphone matrix arranged in a plane, a signal having a directional characteristic which has a maximum in the z-direction can be generated In the case of WLAN antennas, for example, so-called "filter-and-sum-beam-formers" (see, for example: GW Elko: "Superdirectional microphone arrays" in SG Gay, J. Benesty (eds.): "Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-0792378143 ; and J. Bitzer, KU Simmer: "Superdirective microphone array" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): "Microphone Arrays - Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 2, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-540- 41953-2 ) or differential microphone arrays. In this case, predominantly signals of individual microphones or antennas are phase-shifted and added in a weighted manner, so that a structural interference of the individual antennas or microphones results for a phase shift assigned spatial direction, a signal recorded from this spatial direction is thereby amplified.

Mittels dieser Verfahren ist es jedoch nicht möglich, ein Signal mit einer Richtcharakteristik eines Dipols in z-Richtung zu erzeugen, wenn als signalgebende Mikrofone bzw. Detektoren ein Mikrofon-Array in der x- und y-Ebene zur Verfügung steht. Für Verfahren wie den DirAC Algorithmus, die darauf angewiesen sind, dass die Eingangssignale dipol artige Richtcharakteristika aufweisen, sind diese bekannten Beam-Forming-Verfahren also nicht anwendbar.through However, this method does not allow a signal with a directional characteristic of a dipole in the z-direction, if as a signaling microphones or detectors a microphone array in the x and y plane is available. For Methods such as the DirAC algorithm that rely on that the input signals have dipole-like directional characteristics, So these known beam-forming methods are not applicable.

Ferner sind einfache Beam-Forming-Verfahren, bei denen Signale unterschiedlicher Detektoren bzw. Mikrofone mit einer raumrichtungsabhängigen Phasenverschiebung aufaddiert werden, nicht geeignet, eine Richtcharakteristik für Signale zu erzeugen, deren Bandbreite so groß ist, dass der Phasenunterschied für unterschiedliche Frequenzen des aufzunehmenden bzw. zu detektierenden Signals allein aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge und des geometrischen Abstands der verwendeten Detektoren bzw. Mikrofone innerhalb der zu detektierenden Bandbreite mehr als 360° beträgt. Würde ein Verfahren konstanter phasenverschobener Überlagerung auf ein solches Signal angewendet werden, käme es unweigerlich innerhalb der aufzunehmenden Bandbreite zu Verstärkungen und auch zu Auslöschungen. Von einer einheitlichen Richtcharakteristik für den Detektor kann dann nicht mehr gesprochen werden. Bei WLAN-Frequenzen von beispielsweise 5,15 GHz bis 5,725 GHz ergibt sich diese Problematik nicht, da aufgrund der vergleichsweise geringen Bandbreite der einzelnen Kanäle (für WLAN 802.11a beispielsweise 0,03 GHz) bei konstanter Phasenverschiebung für sämtliche nachzuweisenden Frequenzen eine konstruktive Interferenz erreicht werden kann. Werden jedoch breitbandige HF-Signale oder Audio-Signale aufgenommen, ist das Anwenden einer konstanten Phasenverschiebung mit Summation der Signale nicht mehr praktikabel. Sollen Audisignale von 20 Hz bis 20 kHz aufgenommen werden, ändern sich die Wellenlängen von etwa 15 m bis zu 1,5 cm, so dass bei üblichen geometrischen Dimensionen (beispielsweise bei einem Abstand von benachbarten Mikrofonen von einigen cm) von einer konstanten Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Mikrofonen für alle nachzuweisenden Frequenzen nicht mehr die Rede sein kann.Furthermore, simple beam-forming methods in which signals of different detectors or microphones are added with a spatially directional phase shift, not suitable to produce a directional characteristic for signals whose bandwidth is so large that the phase difference for different frequencies of the male or signal to be detected is more than 360 ° only due to the different wavelength and the geometric distance of the detectors or microphones used within the bandwidth to be detected. If a method of constant phase-shifted superimposition were applied to such a signal, it would inevitably be within increasing bandwidth to reinforcements and also to extinctions. From a uniform directional characteristic for the detector can then no longer be spoken. For WLAN frequencies of, for example, 5.15 GHz to 5.725 GHz, this problem does not arise because due to the comparatively small bandwidth of the individual channels (for WLAN 802.11a, for example 0.03 GHz) with constant phase shift for all frequencies to be detected reaches a constructive interference can be. However, when recording broadband RF signals or audio signals, applying a constant phase shift with summation of the signals is no longer feasible. If audio signals from 20 Hz to 20 kHz are to be recorded, the wavelengths change from about 15 m to 1.5 cm, so that with usual geometric dimensions (for example, with a distance of adjacent microphones of a few cm) from a constant phase shift between the single microphones for all detected frequencies can no longer be talked about.

Ähnliche Überlegungen lassen sich im zwei-dimensionalen Fall anstellen, wie er beispielsweise in Telekommunikations-Anwendungen auftreten kann. Dort kann es ausreichend sein, die akustische Umgebung lediglich innerhalb einer 2-dimensionalen Ebene zu modellieren bzw. zu erfassen. Dies kann ausreichend sein, wenn lediglich eine ebene Lautsprecherkonfiguration zur Wiedergabe verwendet werden soll. Nimmt man an, dass die Ebene durch die X- und die Y-Achse aufgespannt wird, ist es ausreichend, ein omnidirektionales Signal W, das X- und das Y-Signal aufzuzeichnen, was beispielsweise mittels eines Mikrofon-Arrays von vier Mikrofonen, die an jeweils den Ecken eines Quadrats angeordnet sind, erreicht werden kann.Similar considerations can be done in a two-dimensional case, as he, for example can occur in telecommunications applications. It may be sufficient there the acoustic environment only within a 2-dimensional Level to model or capture. This may be enough if only a level speaker configuration used for playback shall be. Assuming that the plane is through the X and Y axes it is sufficient, an omnidirectional signal W, the X and the Y signal record, which for example by means of a microphone array of four microphones, each at the corners a square arranged can be achieved.

Jedoch ist es in der Praxis oft nicht einmal möglich, Mikrofone in zwei Dimensionen anzubringen, beispielsweise wenn die Mikrofone auf dem oberen Rahmen eines Laptop-Displays angeordnet werden sollen. In diesem Fall können lediglich lineare Mikrofon-Arrays verwendet werden, d. h. alle Mikrofone sind auf einer Geraden angeordnet. Wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit diese Gerade als X-Richtung innerhalb einer XY-Ebene definiert, können folglich lediglich das omnidirektionale Signal W und das Dipol-Signal X direkt aufgezeichnet werden. Ein typisches Setup könnte aus drei Mikrofonen bestehen, wobei zwei voneinander beabstandete omnidirektionale Mikrofone verwendet werden, um das X-Signal (Dipol-Richtcharakteristik) zu messen und wobei ein zusätzliches, im Zentrum der beiden X-Mikrofone angeordnetes omnidirektionales Mikrofon dazu verwendet wird, das omnidirektionale Signal W zu messen. Selbst wenn es ausreichend sein sollte, die Klanganalyse lediglich in der XY-Ebene durchzuführen, ist es in einem solchen Szenario erforderlich, ein Signal mit Richtcharakteristik in Y-Richtung zu bestimmen bzw. zu errechnen. Im Fall einer darauffolgenden DirAC-Analyse muss dieses Signal darüber hinaus die vorausgesetzte Dipol-Richtcharakteristik aufweisen. Ebenso wie im Vorhergehenden 3-dimensionalen Fall diskutiert, kann ein Signal mit einer Richtcharakteristik in V-Richtung mittels herkömmlichen Beam-Forming-Techniken erzeugt werden. Mittels der drei im Vorhergehenden diskutier ten Mikrofone kann jedoch eine solche Richtcharakteristik mit Dipol-Form nicht erzielt werden.however In practice it is often not even possible to use microphones in two dimensions, for example when the microphones to be placed on the top frame of a laptop display. In this case, only linear microphone arrays can be used be used, d. H. All microphones are arranged on a straight line. Without restriction of generality, this line is called Consequently, X-direction defined within an XY plane can only the omnidirectional signal W and the dipole signal X directly to be recorded. A typical setup could be three Microphones consist of two spaced apart omnidirectional Microphones can be used to control the X signal (dipole polar pattern) to measure and being an additional, in the center of the two X-microphones arranged omnidirectional microphone used is to measure the omnidirectional signal W. Even if it is sufficient should be to perform the sound analysis only in the XY plane, In such a scenario, it is necessary to have a signal with directional characteristics in Y-direction to determine or calculate. In the case of a following In addition, DirAC analysis must provide this signal the presupposed Have dipole directional characteristic. As in the previous 3-dimensional case, a signal with a directional characteristic in V-direction using conventional beam-forming techniques be generated. By means of the three discussed above However, microphones can have such a directional characteristic with dipole shape can not be achieved.

Auch eine unlängst vorgeschlagene Erweiterung des „Filter-and-Sum-Beam-Formings" ( H. Kamiyanagida, H. Saruwatari, K. Takeda, F. Itakura: „Direction of arrival estimation based an nonlinear microphone array" in Proceedings of the IEEE Int. Conf. On Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 3033–3036, Salt Lake City, May 2001 ) führt nicht zu einer Richtcharakteristik, die für sämtliche Frequenzanteile des nachzuweisenden Signals ein Maximum in einer Raumrichtung hat. Bei der vorgeschlagenen Erweiterung wird vielmehr die Richtung, in der sich eine Mehrzahl von Audioquellen bezüglich der Aufnahmeposition befinden, abgeschätzt. Dazu wird das Amplitudenquadrat eines mittels eines Beam-Forming-Mikrofon-Arrays erzeugten Signals von dem Amplitudenquadrat eines anderen Ausgangssignals eines Beam-Forming-Mikrofon-Arrays subtrahiert. Durch Auswertung des so erzeugten Signals kann die Richtwirkung des Mikrofonarrays permanent angepasst werden, so dass die Richtung minimaler Sensitivität des Arrays der Richtung der aktiven Tonquellen entspricht.Also, a recently proposed extension of the Filter-and-Sum-Beam-Forming ( H. Kamiyanagida, H. Saruwatari, K. Takeda, F. Itakura: "Direction of arrival estimation based on nonlinear microphone array" in Proceedings of the IEEE Int Conf. On Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 3033 -3036, Salt Lake City, May 2001 ) does not lead to a directional characteristic, which has a maximum in one spatial direction for all frequency components of the signal to be detected. Rather, in the proposed extension, the direction in which a plurality of audio sources are located with respect to the pickup position is estimated. For this purpose, the amplitude square of a signal generated by means of a beam-forming microphone array is subtracted from the amplitude square of another output signal of a beam-forming microphone array. By evaluating the signal thus generated, the directivity of the microphone array can be permanently adjusted so that the direction of minimum sensitivity of the array corresponds to the direction of the active sound sources.

Durch diese Art der Anpassung der Richtwirkung (Beam-Forming) wird nicht etwa eine vorbestimmte Richtwirkung mit einer in einem großen Raumbereich nicht verschwindenden Verstärkung erzielt, sondern die Richtwirkung wird lediglich so verändert beziehungsweise nachgeführt, dass die Richtung minimaler Empfindlichkeit des Mikrofonarrays der Richtung der aktiven Tonquellen entspricht. Die Erweiterung des Beam-Forming-Algorithmus erlaubt es daher, die Richtung einer Mehrzahl von aktiven Tonquellen abzuschätzen, wohingegen keine Aussage über die Herkunft der maximalen Signalenergie des Audiosignals, also der Intensität des Signals oder der Diffusität des Signals abgeleitet werden kann.By this type of adjustment of the directivity (beam-forming) will not about a predetermined directivity with one in a large Room area does not vanish, but the directivity is merely changed or tracked that the direction of minimum sensitivity of the microphone array corresponds to the direction of the active sound sources. The extension of the beam-forming algorithm therefore allows the Estimate the direction of a plurality of active sound sources, whereas no statement about the origin of the maximum Signal energy of the audio signal, that is the intensity of the signal or the diffusivity of the signal can be derived.

Es ist daher erforderlich, Signale vorbestimmter Richtcharakteristik als Substitutionssignale erzeugen zu können.It is therefore required signals of predetermined directivity to be able to generate as substitution signals.

Diese Aufgabe wird durch einen Signalprozessor gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 19 und ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 20 gelöst.This object is achieved by a signal processor according to claim 1, a method according to Pa tentanspruch 19 and a computer program according to claim 20 solved.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Signal vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik aus einem ersten Signal bekannter räumlicher Richtcharakteristik und einem zweiten Signal bekannter räumlicher Richtcharakteristik erzeugt, indem zunächst das erste und das zweite Signal von einer zeitlichen in eine spektrale Darstellung umgesetzt werden. Die spektralen Darstellungen des ersten Signals und des zweiten Signals werden gemäß einer Kombinationsregel, die von den bekannten Richtcharakteristiken des ersten und des zweiten Signals abhängt, so kombiniert, dass eine spektrale Darstellung eines Signals mit der vorbestimmten räumlichen Richtcharakteristik erhalten wird, welche sich sowohl von der Richtcharakteristik des ersten Signals als auch von der des zweiten Signals unterscheidet. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Richtcharakteristik für alle Spektralbereiche des erzeugten Signals identisch.at In some embodiments of the invention, a signal is generated predetermined spatial directional characteristic of a first signal of known spatial directional characteristic and a second signal of known spatial directional characteristic generated by first the first and the second signal be converted from a temporal into a spectral representation. The spectral representations of the first signal and the second Signals are processed according to a combination rule, that of the known directional characteristics of the first and second Signal depends, so combined that a spectral representation a signal having the predetermined spatial directional characteristic is obtained, which differ both from the directional characteristic of the first signal as well as the second signal. In some embodiments, the directional characteristic is identical for all spectral ranges of the generated signal.

Bei einigen Ausführungsbeispielen werden insbesondere die Amplitudenbeträge der spektralen Darstellungen der Eingangssignale gebildet, bevor diese kombiniert werden, um Amplitudenwerte für das erzeugte Substitutionssignal zu erzeugen.at In some embodiments, in particular, the amplitude amounts the spectral representations of the input signals formed before these are combined to give amplitude values for the substitution signal generated to create.

Die spektrale Darstellung des durch die Kombination erhaltenen Signals kann somit eine Richtcharakteristik aufweisen, die sich von der Richtcharakteristik der aufgenommenen ersten und zweiten Signale unterscheidet, insbesondere eine Richtcharakteristik, deren maximaler Verstärkungsfaktor in eine Raumrichtung weist, die sich von der Raumrichtung der maximalen Sensitivität der Signale bekannter Richtcharakteristik unterscheidet. Durch die Kombination der Signale in deren spektraler Repräsentation kann erreicht werden, dass die Richtcharakteristik für das gesamte resultierende Sig nal in einem identischen Raumbereich gleich ist. Das heißt insbesondere, dass sich für unterschiedliche Frequenzkomponenten des detektieren beziehungsweise zu erzeugenden Signals das Maximum der Sensitivität beziehungsweise der maximale Verstärkungsfaktor der Richtcharakteristik in der selben Raumrichtung befindet. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die Bandbreite der aufgenommenen Signale beziehungsweise des zu erzeugenden Signals so groß ist, dass eine Überlagerung der Signale in der zeitlichen Darstellung mit konstanter Phasenverschiebung dazu führen würde, dass sich die maximale Richtwirkung beziehungsweise das Maximum der Richtcharakteristik räumlich innerhalb des Spektralbereichs beziehungsweise der Bandbreite des zu erzeugenden Signal signifikant verändern würde. Durch die Kombination der spektralen Darstellung kann hingegen erreicht werden, dass eine Richtcharakteristik erzeugt wird, die für sämtliche Signalanteile eines breitbandigen Signals im selben Raumbereich beziehungsweise in derselben Raumrichtung ähnlich oder identisch ist.The Spectral representation of the signal obtained by the combination can thus have a directional characteristic, which differs from the Directional characteristic of the recorded first and second signals differs, in particular a directional characteristic whose maximum Amplification factor points in a spatial direction, which is from the spatial direction of the maximum sensitivity of the signals known directivity differs. By the combination the signals in their spectral representation can be achieved be that the directional characteristic for the entire resulting Sig nal in an identical space area is the same. This means in particular, that is different for different frequency components the signal to be detected or generated is the maximum the sensitivity or the maximum amplification factor the directional characteristic is in the same spatial direction. This is even the case when the bandwidth of the recorded Signals or the signal to be generated is so large that a superposition of the signals in the temporal representation with a constant phase shift would cause that is the maximum directivity or the maximum the directional characteristic spatially within the spectral range or the bandwidth of the signal to be generated significantly would change. By combining the spectral Representation can be achieved, however, that a directional characteristic is generated for all signal components a broadband signal in the same space area or is similar or identical in the same spatial direction.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die spektrale Darstellung des erzeugten Signals direkt von einem Signalprozessor ausgegeben beziehungsweise zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die spektrale Darstellung des erzeugten Signals wieder in die zeitliche Darstellung umgesetzt, um eine zeitliche Repräsentation des Signals mit der vorbestimmten Richtcharakteristik zu erhalten.at In some embodiments of the invention, the spectral Representation of the generated signal directly from a signal processor issued or available for further processing posed. In further embodiments of the invention the spectral representation of the generated signal is returned to the temporal representation implemented to a temporal representation of the signal having the predetermined directivity.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Audio-Signale beziehungsweise Audioaufnahme von Musikstücken beziehungsweise Umgebungsgeräuschen oder Sprechern verarbeitet, die mittels eines 2-dimensionalen oder 1-dimensionalen Mikrofon-Arrays gewonnen werden. Folglich werden auch Informationen über die Ortung beziehungsweise die Position der Schallquellen in einer bezüglich der Anordnung der Mikrofone orthogonalen Richtung gewonnen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen werden Hochfrequenz-Signale großer Bandbreite beziehungsweise beliebige andere Signale so verarbeitet, dass ein Signal erzeugt wird, dessen maximaler Beitrag zur Signalamplitude aus einer vorbestimmten Raumrichtung kommt, das also in anderen Worten eine vorbestimmte räumliche Richtcharakteristik aufweist. In diesem Sinne ist ein Signal mit Richtcharakteristik als ein Signal mit richtungsabhängig gewichteten Signalanteilen zu verstehen, so dass es eine oder mehrere Raumrichtungen gibt, aus denen Signalanteile mit maximaler Verstärkung beziehungsweise Amplitude aufgezeichnet beziehungsweise rekonstruiert werden, wohingegen andere Raumrichtungen existieren, in denen die Signalanteile gedämpft oder vollständig unterdrückt werden.at Some embodiments of the invention will be audio signals or audio recording of pieces of music or Environmental sounds or speakers processed by means of won a 2-dimensional or 1-dimensional microphone array become. Consequently, also information about the location or the position of the sound sources in a respect the arrangement of the microphones orthogonal direction gained. at In other embodiments, high-frequency signals become larger Bandwidth or any other signals processed that a signal is generated whose maximum contribution to the signal amplitude comes from a predetermined spatial direction, that is in other Words a predetermined spatial directional characteristic having. In this sense, a signal with directional characteristics as a signal with directionally weighted signal components to understand so that there are one or more spatial directions, from which signal components with maximum gain or amplitude recorded or reconstructed, whereas others Spaces exist where the signal components are damped or completely suppressed.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird zur Umsetzung in die spektrale Darstellung eine Kurzzeit-Frequenztransformation verwendet, bei der die zu transformierenden beziehungsweise umzusetzenden Signale blockweise verarbeitet werden. Dazu kann beispielsweise eine Filterbank oder eine Frequenztransformation verwendet werden, bei der jedem Signalteil vorbestimmter Länge, der beispielsweise aus einer Sequenz einer vorgegebenen Anzahl von Signalsamples bestehen kann, eine Mehrzahl von Amplituden- und Phasenwerten zugeordnet wird, wie es beispielsweise bei der Kurzzeit-Fourier-Transformation (SFT) der Fall ist. Ein kontinuierliches Signal in einer Zeitdarstellung wird in eine Sequenz von Amplituden- und Phasenfaktoren transformiert beziehungsweise als eine Sequenz dieser Faktoren dargestellt, wobei jedem Signalteil, also jedem unabhängig prozessierten Zeitintervall eine Mehrzahl von Amplitudenwerten P(k, n) zugeordnet ist, (Der Index k gibt das analysierte Frequenzband an). Bei der Kombination der spektralen Darstellungen der transformierten Signale werden lediglich die Beträge der Amplituden kombiniert, um das Signal mit vorbestimmter Richtcharakteristik zu erhalten. Dadurch wird sichergestellt, dass die resultierende Richtcharakteristik für alle Frequenzen des auszuzeichnenden Frequenzbandes identisch sein kann. Dies kann selbst dann der Fall sein, wenn die Orte, an denen die Signale bekannter Richtcharakteristik aufgezeichnet wurden, nicht exakt bekannt sind. Das Maximum der Sensitivität kann somit auf einfache und mathematisch unaufwendige Weise für alle Frequenzen in derselben Raumrichtung erhalten werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das so erhaltene Signal vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik in seiner spektralen Darstellung unmittelbar weiter verwendet werden, um abzuschätzen, aus welcher Raumrichtung in dem beobachteten Frequenzband die maximale Schall- beziehungsweise Signalenergie kommt.In some embodiments of the invention, a short-term frequency transformation is used for conversion into the spectral representation, in which the signals to be transformed or converted are processed in blocks. For this purpose, for example, a filter bank or a frequency transformation can be used, in which each signal part of predetermined length, which may for example consist of a sequence of a predetermined number of signal samples, is assigned a plurality of amplitude and phase values, as described, for example, in the short-term Fourier Transformation (SFT) is the case. A continuous signal in time representation is transformed into a sequence of amplitude and phase factors or represented as a sequence of these factors, each signal portion, ie each independently processed time interval is assigned a plurality of amplitude values P (k, n) (the index k indicates the analyzed frequency band). In the combination of the spectral representations of the transformed signals, only the magnitudes of the amplitudes are combined to obtain the signal having a predetermined directivity. This ensures that the resulting directional characteristic can be identical for all frequencies of the frequency band to be distinguished. This may be the case even if the locations where the signals of known directional characteristics were recorded are not known exactly. The maximum of the sensitivity can thus be obtained in a simple and mathematically uncomplicated manner for all frequencies in the same spatial direction. In some embodiments of the present invention, the signal of predetermined spatial directional characteristics thus obtained may be immediately further used in its spectral representation to estimate from which spatial direction in the observed frequency band the maximum sound or signal energy is coming.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die spektrale Darstellung des erzeugten Signals mit der vorbestimmten Richtcharakteristik dazu verwendet, mittels eines DirAC-Analysators bzw. eines DirAC-Algorithmus die DirAC-Parametrisierung in zwei Dimensionen oder drei Dimensionen direkt zu erhalten. Dabei substituiert oder ersetzt das erzeugte Signal ein Signal, das der direkten Messung nicht zugänglich ist. In diesem Sinne ist das mittels des Signalprozessors erzeugte Signal auch als Substitutionssignal zu bezeichnen. Im folgenden werden daher die Begriffe „Substitutionssignal" und Signal mit vorbestimmter Richtcharakteristik synonym verwendet. Bei Verwendung von Ausführungsbeispielen von Signalprozessoren mit DirAc-Analysatoren ergibt sich somit der große Vorteil, das eine vollständige DirAC-Analyse und somit eine Parametrisierung des räumlichen Klangeindrucks möglich wird, ohne eine aufwendige Aufzeichnung von drei unabhängigen Signalen mit jeweils paarweise aufeinander senkrecht stehender Richtcharakteristik durchführen zu müssen.at In some embodiments, the spectral representation the generated signal having the predetermined directivity used by means of a DirAC analyzer or a DirAC algorithm the DirAC parameterization in two dimensions or three dimensions to receive directly. In doing so substitutes or replaces the generated one Signal a signal that is inaccessible to direct measurement is. In this sense, this is generated by the signal processor Signal also to be called a substitution signal. Hereinafter Therefore, the terms "substitution signal" and signal used synonymously with a predetermined directional characteristic. Using of embodiments of signal processors with DirAc analyzers Thus, the great advantage that a complete DirAC analysis and thus a parametrization of the spatial Sound impression is possible without a complex recording of three independent signals, each in pairs vertical directional characteristic to perform have to.

Bei Vorliegen der Information, in welcher Intensität das Signal aus den drei Raumrichtungen aufgezeichnet wird, kann darüber hinaus eine Aussage getroffen werden, wie diffus das aufgenommene Signal ist. Der Intensitätsvektor gibt hierbei die Energieflussdichte an. In einem dreidimensionalen Raum hat der Intensitätsvektor drei orthogonale Kompo nenten (z. B. x, y, z), die zusammen die Richtung des Energieflusses ergeben.at Presenting the information, in what intensity the signal can be recorded from the three spatial directions, about it a statement is made as to how diffuse the recorded Signal is. The intensity vector gives the energy flux density at. In a three-dimensional space has the intensity vector three orthogonal components (eg x, y, z), which together form the direction of the energy flow.

Sind in allen drei Raumrichtungen die Komponenten des Intensitätsvektors gleich oder fast Null, so kann davon ausgegangen werden, dass das Signal beziehungsweise der Ton oder Klang den Messraum gleichmäßig ausfüllt, da in dem untersuchten Frequenzintervall aus sämtlichen Raumrichtungen kleine oder bei Null liegende Komponenten des Intensitätsvektors vorliegen.are in all three spatial directions the components of the intensity vector equal or almost zero, it can be assumed that the Signal or the sound or sound the measuring space evenly fills, since in the frequency interval studied out all spatial directions small or zero Components of the intensity vector are present.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die spektrale Darstellung des erzeugten Signals vorbestimmter Richtcharakteristik in eine zeitliche Darstellung umgesetzt, so dass näherungsweise ein Signal erhalten wird, wie es von einem virtuellen Mikrofon mit vorbestimmter Richtcharakteristik aufgezeichnet worden wäre. Dabei können die Phasenfaktoren der Umsetzung in den Frequenzbereich von einem beliebigen der (Eingangs-) Signale vorbestimmter Richtcharakteristik verwendet werden, um zwischen den einzelnen Frequenzbereichen eine möglichst realistische Phasenbeziehung zu erhalten. Dies kann dazu führen, dass, obwohl bei der Implementierung der Richtungsabhängigkeit lediglich die Amplituden berücksichtigt wurden, ein Signal erzeugt wird, dessen hörbare Artefakte aufgrund der teilweise nicht berücksichtigten Phaseninformationen kaum wahrnehmbar sind.at Further embodiments of the invention, the spectral Representation of the generated signal predetermined directional characteristic converted into a temporal representation, so that approximately a signal is received, as seen from a virtual microphone predetermined directivity would have been recorded. In this case, the phase factors of the implementation in the frequency domain from any of (input) signals of predetermined directivity used to distinguish between the individual frequency ranges To obtain as realistic as possible a phase relationship. This can cause that, though in the implementation the directional dependence takes into account only the amplitudes were generated, a signal whose audible artifacts due to the partially ignored phase information are barely perceptible.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beigefügten Figuren, detailliert erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the present invention will be with reference to the attached figures, explained in detail. Show it:

1 Ein Ausführungsbeispiel eines Signalprozessors; 1 An embodiment of a signal processor;

2 ein Ausführungsbeispiel eines Signalkombinierers des Signalprozessors; 2 an embodiment of a signal combiner of the signal processor;

3 ein Beispiel für eine Anordnung von Mikrofonen zur Aufzeichnung von Signalen für Signalprozessoren; 3 an example of an arrangement of microphones for recording signals for signal processors;

4 ein Beispiel einer Richtcharakteristik aufgezeichneter Signale; 4 an example of a directional characteristic of recorded signals;

5 ein Beispiel einer vorbestimmten Richtcharakteristik eines erzeugten Signals; 5 an example of a predetermined directivity of a generated signal;

6A und 6B Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals vorbestimmter Richtcharakteristik; 6A and 6B Embodiments of a device for generating a signal of predetermined directivity;

7 Ausführungsbeispiel zur Ableitung einer DirAC-Parametrisierung; und 7 Exemplary embodiment for deriving a DirAC parameterization; and

8 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Signals vorbestimmter Richtcharakteristik. 8th An embodiment of a method for generating a signal of predetermined directivity.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Signalprozessors 2, der einen Signalumsetzer 4 und einen Signalkombinierer 6 umfasst. Der in 1 gezeigte Signalprozessor 2 dient zum Erzeugen eines Signals mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik (eines Substitutionssignals) unter Verwendung eines ersten Signals 8a bekannter räumlicher Richtcharakteristik und eines zweiten Signals 8b bekannter räumlicher Richtcharakteristik. Die Signale 8a (P1) und 8b (P2) können beispielsweise von einem Mikrofon aufgenommen oder von einer Antenne empfangen werden und liegen in einer zeitlichen Darstellung vor. Wie in 1 angedeutet, können weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung mehr als zwei Signale als Eingangssignale verwenden, wobei insbesondere die Anzahl der als Eingangssignale verwendeten Signale nach oben prinzipiell nicht limitiert ist. Der Signalumsetzer 4 dient dazu, um das erste Signal 8a und das zweite Signal 8b jeweils in eine spektrale Darstellung der Signale Pi(k, n) umzusetzen, wobei i = 1, 2. 1 shows an embodiment of a signal processor 2 , which is a signal converter 4 and a signal combiner 6 includes. The in 1 shown signal processor 2 is used to generate a signal having a predetermined spatial directional characteristic (a substitution signal) using a first signal 8a known spatial directional characteristic and a second signal 8b known spatial directional characteristic. The signals 8a (P 1 ) and 8b (P 2 ) can for example be recorded by a microphone or received by an antenna and are in a temporal representation. As in 1 indicated, further embodiments of the invention may use more than two signals as input signals, in particular, the number of signals used as input signals is in principle not limited to the top. The signal converter 4 serves to get the first signal 8a and the second signal 8b in each case in a spectral representation of the signals P i (k, n) to implement, where i = 1, 2.

Der Signalkombinierer 6 kombiniert die spektralen Darstellungen des ersten Signals 8a und des zweiten Signals 8b gemäß einer Kombinationsregel, um das Signal 10 mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik zu erzeugen. Dabei kann das erzeugte Signal 10 eine Richtcharakteristik aufweisen, die sich von der Richtcharakteristik der Signale 8a und 8b unterscheidet. Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung hängt die Kombinationsregel, die der Signalkombinierer 6 verwendet, um das Signal 10 mit vorbestimmter Richtcharakteristik zu erzeugen ausschließlich von der bekannten Richtcharakteristik des ersten und des zweiten Signals 8a und 8b ab.The signal combiner 6 combines the spectral representations of the first signal 8a and the second signal 8b according to a combination rule to the signal 10 to produce with a predetermined spatial directional characteristic. In this case, the signal generated 10 have a directional characteristic, which differs from the directional characteristic of the signals 8a and 8b different. In some embodiments of the invention, the combination rule that the signal combiner pertains to 6 used to the signal 10 to produce with a predetermined directional characteristic exclusively of the known directivity of the first and the second signal 8a and 8b from.

Bei den Ausführungsbeispielen, die mehr als zwei Signale bekannter Richtcharakteristik als Eingangssignale verwenden, ist es ebenso erforderlich, dass für jedes Eingangssignal die Richtcharakteristik bekannt ist, um ein Signal zu erzeugen, dessen Richtcharakteristik der vorbestimmten beziehungsweise gewünschten Richtcharakteristik entspricht. Der in 1 gezeigte Signalprozessor 2 erzeugt also das Signal 10 mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik in einer spektralen Darstellung desselben.In the embodiments which use more than two signals of known directivity as input signals, it is also necessary that the directivity for each input signal is known to produce a signal whose directivity corresponds to the predetermined or desired directivity. The in 1 shown signal processor 2 thus generates the signal 10 with a predetermined spatial directional characteristic in a spectral representation of the same.

Im Folgenden wird kurz der allgemeine Fall des Erzeugens des Signals vorbestimmter Richtcharakteristik aus einer beliebigen Anzahl L > 2 von Signalen bekannter Richtcharakteristik beschrieben, bevor das der Erfindung zugrundeliegende Konzept anhand von zwei spezifischen Ausführungsbeispielen noch einmal vertiefend dargestellt wird.in the The following briefly becomes the general case of generating the signal predetermined directional characteristic of any number L> 2 of signals known Directional described before the invention of the underlying Concept based on two specific embodiments is shown again in more detail.

Dabei werden die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele anhand von Audio-Signalen diskutiert, obwohl das Konzept auch auf beliebige andere Signale, wie beispielsweise Hochfrequenzsignale oder Radiosignale anwendbar ist. Ausgangspunkt für die Verarbeitung der Signale durch Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Signalprozessoren sind L > 2 Signale bekannter Richtcharakteristik. Diese Signale können entweder direkt mit der bekannten Richtcharakteristik gemessene (omnidirektionale oder gerichtete) Mikrofonsignale sein beziehungsweise Signale sein, die von einem Richtcharakteristik-Ausgang eines Mikrofonarrays abgegriffen werden. Wie die Richtcharakteristik erzeugt wurde, ist dabei unwesentlich, solange diese bekannt ist.there become the embodiments of the invention discussed on the basis of audio signals, although the concept too any other signals, such as high frequency signals or radio signals is applicable. Starting point for the Processing of the signals by embodiments of Signal processors according to the invention are known L> 2 signals Directivity. These signals can either be direct Measured with the known directional characteristic (omnidirectional or directed) microphone signals or be signals, taken from a directional characteristic output of a microphone array become. How the directional characteristic was generated is immaterial, as long as this is known.

Jedes der Eingangssignale wird in eine Folge diskreter Zeitabschnitte beziehungsweise Signalteile (Signal-Blöcke) unterteilt. Die Signalblöcke werden in eine spektrale Darstellung umgesetzt, beispielsweise in die Kurzzeitfrequenzdomäne. Im Folgenden bezeichnet Pi(k, n) das 1-te Eingangssignal im Frequenzband. Der Index n bezeichnet die Anzahl beziehungsweise die Nummer des gerade betrachteten Signalblocks aus der Reihe von Signalblöcken, in die das Eingangssignal zerlegt wurde. Nach der Frequenzumsetzung lässt sich in jedem interessierenden Frequenzband das Signal als Amplitude beziehungsweise Betrag Pi(k, n) und als Phase Φ(k, n) darstellen, so dass gilt:

Figure 00160001
wobei j die imaginäre Einheit bezeichnet. Von dem Signalkombinierer des Signalprozessors werden die Beträge P1(k, n) dieser Eingangssignale unter Verwendung einer Kombinationsregel derart kombiniert, dass ein durch die Kombination resultierender Betrag |D(k, n)| einer Spektraldarstellung des zu erzeugenden Signals zugeordnet ist. Dies korrespondiert zu einem Mikrofonsignal, das die vorbestimmte räumliche Richtcharakteristik aufweist. Dabei ist es insbesondere möglich, die Richtcharakteristik innerhalb eines breiten Raumbereichs und eines großen Frequenzbereichs konstant oder ähnlich zu halten. Allgemein kann die Kombination der Beträge durch folgende Formel beschrieben werden: D(k, n) = g(|P1(k, n)|, |P2(k, n)|, ..., |PL(k, n)|), wobei D(k, n) das erzeugte Signal (das Substitutionssignal) beschreibt. Die Funktion g(.) beschreibt die Kombinationsregel gemäß derer die Beträge der Eingangssignale kombiniert werden, welche prinzipiell aus beliebigen linearen und nichtlinearen Funktionen gebildet beziehungsweise zusammengesetzt sein kann.Each of the input signals is divided into a series of discrete time sections or signal sections (signal blocks). The signal blocks are converted into a spectral representation, for example in the short-term frequency domain. In the following, P i (k, n) denotes the first input signal in the frequency band. The index n denotes the number or number of the signal block currently under consideration from the series of signal blocks into which the input signal has been split. After the frequency conversion, the signal can be represented in each frequency band of interest as an amplitude or magnitude P i (k, n) and as a phase Φ (k, n), so that the following applies:
Figure 00160001
where j denotes the imaginary unit. From the signal combiner of the signal processor, the amounts P 1 (k, n) of these input signals are combined using a combination rule such that an amount | D (k, n) | a spectral representation of the signal to be generated is assigned. This corresponds to a microphone signal having the predetermined spatial directional characteristic. In particular, it is possible to keep the directivity constant or similar within a wide spatial range and a large frequency range. Generally, the combination amounts are described by the following formula: D (k, n) = g (| P 1 (k, n) |, | P 2 (k, n) |, ..., | P L (k, n) |), where D (k, n) describes the generated signal (the substitution signal). The function g (.) Describes the combination rule according to which the amounts of the input signals are combined, which in principle can be formed or composed of arbitrary linear and nonlinear functions.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird als Phaseninformation des erzeugten Signals D(k, n) eine der Phasen der Eingangssignale verwendet. Wird beispielsweise als Signal, dessen Phase verwendet wird, das erste Signal von dem Signalkombinierer ausgewählt, kann die Kombinationsregel wie folgt definiert werden:

Figure 00170001
In some embodiments of the invention, one of the phases of the input signals is used as the phase information of the generated signal D (k, n). For example, if the first signal from the signal combiner is selected as the signal whose phase is used, the combination rule can be defined as follows:
Figure 00170001

Ein Signalkombinierer 6, der das oben beschriebene Konzept umsetzt, ist schematisch in 2 dargestellt. Dabei liegen die Eingangssignale 8a, 8b und 8c bereits in ihrer spektralen Darstellung vor. Wie oben beschrieben, kann die Phaseninformation von dem ersten Eingangssignal 8a extrahiert werden, wobei bei weiteren Ausführungsbeispielen die Phaseninformation beliebiger anderer Eingangssignale verwendet werden kann. Weitere Ausführungsbeispiele können auf die Phaseninformation vollständig verzichten. Die Phaseninformation 12 wird. von dem ersten Eingangssignal 8a extrahiert, wobei von einem Betragsbildner 14a der Betrag 14b des ersten Eingangssignals 8a gebildet wird. Auf äquivalente Art und Weise werden von den Betragsbildnern 16a beziehungsweise 18a die Betragswerte 16b und 18b der Eingangssignale 8b und 8c gebildet. In einem Kombinationsblock 20 werden die Beträge 14b, 16b und 18b der Eingangssignale 8a, 8b und 8c unter Verwendung einer Kombinationsregel (Funktion g) kombiniert, um den Betragswert 22 des erzeugten Signals zu erzeugen. Ein optionaler Multiplizierer 24 dient dazu, das Signal D(k, n) durch Multiplikation des Betrags- Werts 22 und des Phasenfaktors 12 zu bilden, wie es in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben wurde.A signal combiner 6 which implements the above-described concept is schematically illustrated in FIG 2 shown. The input signals are thereby 8a . 8b and 8c already in their spectral representation. As described above, the phase information may be from the first input signal 8a can be extracted, wherein in further embodiments, the phase information of any other input signals can be used. Further embodiments may completely dispense with the phase information. The phase information 12 becomes. from the first input signal 8a extracted, taking from an amount 14a the amount 14b of the first input signal 8a is formed. In an equivalent way are used by the contributors 16a respectively 18a the amount values 16b and 18b the input signals 8b and 8c educated. In a combination block 20 will be the sums 14b . 16b and 18b the input signals 8a . 8b and 8c using a combination rule (function g) combined to the magnitude value 22 of the generated signal. An optional multiplier 24 serves to adjust the signal D (k, n) by multiplying the magnitude value 22 and the phase factor 12 to form, as described in the previous sections.

Durch Anwendung einer geeigneten, von der Richtcharakteristik der Eingangssignale abhängigen Kombinationsregel g kann ein Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik erzeugt werden, welches insbesondere eine Richtcharakteristik aufweist, die sich von derjenigen der Eingangssignale unterscheidet. Von dem in 2 skizzierten Signalkombinierer 6 wird also ein Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik in einer spektralen Darstellung erzeugt. Dieses Signal kann unmittelbar weiter verwendet werden, um in Verbindung mit den Eingangssignalen 8a bis 8c Parameter abzuleiten, die die grundlegenden Eigenschaften des empfangenen Signals beziehungsweise des Audiosignals in der Aufnahmeumgebung beschreiben. Dies können beispielsweise die DirAC-Parameter sein, also die Richtung der instantanen Intensität je Frequenzbereich und die Diffusität des Signals in jedem der betrachteten Frequenzbereiche. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das in der spektralen Darstellung vorliegende erzeugte Signal vorbestimmter Richtcharakteristik auch in eine zeitliche Darstellung rücktransformiert werden.By applying a suitable combination law g which depends on the directional characteristic of the input signals, it is possible to generate a signal having a predetermined spatial directional characteristic, which in particular has a directional characteristic which differs from that of the input signals. From the in 2 sketched signal combiner 6 Thus, a signal with a predetermined spatial directional characteristic is generated in a spectral representation. This signal can be used immediately in conjunction with the input signals 8a to 8c Derive parameters that describe the basic characteristics of the received signal or audio signal in the recording environment. These can be, for example, the DirAC parameters, ie the direction of the instantaneous intensity per frequency range and the diffusivity of the signal in each of the frequency ranges considered. In further embodiments, the generated signal in the spectral representation of predetermined directivity can also be transformed back into a temporal representation.

Dabei ist es insbesondere möglich, eine vorbestimmte Richtcharakteristik in einem großen Raum- und Frequenzbereich zu erzeugen, ohne Annahmen über die Statistik der verwendeten Eingangssignale machen zu müssen. Solche Annahmen über die Signalstatistik, wie beispielsweise über das stationäre Verhalten, die unterschiedlichen spektralen Eigenschaften oder die räumliche Kohärenz zwischen mehreren Signalen werden typischerweise bei nicht-linearen Filtertechniken getroffen, wie sie zur Reduzierung des Hintergrundrauschens bei Sprachverbesserungssystemen verwendet werden (auch bekannt als spektrale Subtraktion oder Wiener-Filterung).there In particular, it is possible to have a predetermined directional characteristic in a large space and frequency range, without assumptions about the statistics of the input signals used to have to do. Such assumptions about the signal statistics, such as stationary behavior, the different spectral properties or the spatial Coherence between multiple signals typically becomes taken in non-linear filter techniques as they reduce background noise used in speech enhancement systems (also known as spectral subtraction or Wiener filtering).

Ausführungsbeispiele von Signalkombinierern benötigen dagegen lediglich die Kenntnis der Richtcharakteristik der zur Aufzeichnung der Eingangssignale verwendeten Mikrofone beziehungsweise Mikrofonarrays und treffen a priori keine Annahmen über die Statistik der Eingangssignale beziehungsweise über die Statistik deren spektraler Zusammensetzungen. Dadurch wird es auf effiziente, auf einfachen Algorithmen basierende Art und Weise möglich, mit Eingangssignalen bekannter Richtcharakteristik ein Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik zu erzeugen.embodiments By contrast, signal combiners require only the Knowledge of the directional characteristic of the recording of the input signals used microphones or microphone arrays and meet a priori, no assumptions about the statistics of the input signals or via the statistics of their spectral compositions. This makes it efficient, based on simple algorithms Way possible, with input signals of known directional characteristics a signal with a predetermined spatial directional characteristic to create.

3 zeigt schematisch ein mögliches Mikrofon-Set up, mittels dessen die Signale W mit omnidirektionaler Richtcharakteristik, X mit dipolförmiger Richtcharakteristik in X-Richtung und Y mit dipolförmiger Richtcharakteristik in Y-Richtung empfangen werden können. 3 zeigt ein Szenario, in dem fünf Mikrofone 30a30e in einer Ebene angebracht sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass es durch geometrische Randbedingungen unmöglich ist, weitere Mikrofone außerhalb der in 3 in der Aufsicht gezeigten Ebene anzubringen. Mittels einer solchen Anordnung lassen sich durch Kombinationen der von den Mikrofonen 30a30d aufgenommenen Signale Signale erzeugen, die eine Richtcharakteristik in X-Richtung und in Y-Richtung besitzen. Das zentrale Mikrofon 30e mit omnidirektionaler Richtwirkung kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein omnidirektionales Signal W aufzuzeichnen und als Eingangssignal mit omnidirektionaler Richtcharakteristik zur Verfügung zu stellen. 3 schematically shows a possible microphone set up, by means of which the signals W can be received with omnidirectional directional characteristic, X with dipole-shaped directional characteristic in the X direction and Y with dipole-shaped directional characteristic in the Y direction. 3 shows a scenario in which five microphones 30a - 30e are mounted in one plane. It is assumed that it is due to geometric edge conditions is impossible, other microphones outside of the 3 to install in the plan shown in the supervision. By means of such an arrangement can be achieved by combinations of the microphones 30a - 30d recorded signals generate signals having a directional characteristic in the X direction and in the Y direction. The central microphone 30e with omnidirectional directivity can be used, for example, to record an omnidirectional signal W and to provide it as an input signal with omnidirectional directional characteristic.

3 ist dabei lediglich eines von beliebig viel möglichen Beispielen, die es ermöglichen, Signale mit Richtcharakteristik in X-Richtung, in Y-Richtung und ohne spezifische Richtcharakteristik, also omnidirektionale Signale W aufzuzeichnen. 3 is only one of any number of possible examples that make it possible to record signals with directional characteristic in the X direction, in the Y direction and without specific directional characteristic, ie omnidirectional signals W.

Die Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels, bei dem ein Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik erzeugt wird, auf dessen Grundlage beispielsweise eine DirAC-Parametrisierung des räumlichen Audiosignals durchgeführt werden kann, geht dabei davon aus, dass als Eingangssignal ein omnidirektionales Signal W, ein Signal mit dipolartiger Richtcharakteristik X in X-Richtung und ein Signal Y mit Richtcharakteristik in Y-Richtung zur Verfügung stehen, wie sie beispielsweise mittels des in 3 gezeigten 2-dimensionalen Mikrofon-Arrays gewonnen werden können.The description of the following embodiment, in which a signal with a predetermined spatial directional characteristic is generated, on the basis of which, for example, a DirAC parametrization of the spatial audio signal can be performed, assumes that the input signal is an omnidirectional signal W, a signal having a dipole-like directional characteristic X in the X direction and a signal Y with directional characteristic in the Y direction are available, as for example by means of in 3 shown 2-dimensional microphone arrays can be obtained.

Wie bereits erwähnt, wird dabei angenommen, dass die Richtung maximaler Sensitivität des Signals X(k, n) die X-Richtung und des Signals Y(k, n) die Y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems ist. Ferner sollen die Signale W, X und Y bereits in einer spektralen Darstellung vorliegen, das heißt, für jeden Frequenzbereich und Zeitblock beziehungsweise Signalteil der Signale existiert ein Amplitudenparameter und ein Phasenparameter, wie in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben wurde. Um das Klangfeld hinreichend genau 3-dimensional beschreiben zu können, ist erforderlich, dass ein Signal mit einer Richtcharakteristik erzeugt wird, deren Maximum eine Komponente in Z-Richtung aufweist. Wird eine DirAC-Parametrisierung angestrebt, ist es insbesondere erforderlich, ein Signal zu erzeugen, welches eine dipolartige Richtcharakteristik mit einem Maximum beziehungsweise mit maximaler Sensitivität in Z-Richtung besitzt.As already mentioned, it is assumed that the direction maximum sensitivity of the signal X (k, n) the X direction and the signal Y (k, n) the Y direction of a Cartesian coordinate system is. Furthermore, the signals W, X and Y are already in a spectral Present representation, that is, for each frequency range and time block or signal part of the signals exists Amplitude parameter and a phase parameter, as in the preceding Sections has been described. To the sound field with sufficient accuracy 3-dimensional description is required that a signal with a directional characteristic is generated, whose Maximum has a component in the Z direction. Becomes a DirAC parameterization in particular, it is necessary to generate a signal which has a dipole-like directional characteristic with a maximum or with maximum sensitivity in the Z direction.

4 illustriert die Richtcharakteristik eines Signals, das gemäß folgender Kombinationsregel aus den Amplituden X(k, n) und Y(k, n) der Eingangssignale X und Y gebildet wird:

Figure 00200001
4 illustrates the directional characteristic of a signal which is formed according to the following combination rule from the amplitudes X (k, n) and Y (k, n) of the input signals X and Y:
Figure 00200001

4 zeigt eine 3-dimensionale Darstellung der Richtcharakteristik des gemäß obiger Kombination oder Kombinationsregel gebildeten Signals. Dargestellt ist der Verstärkungsfaktor (der richtungsabhängige Gewichtungsfaktor), mit dem das Signal aus der betreffenden Raumrichtung im Kombinationssignal enthalten ist gegen die Position der Quelle in X- Richtung 40 und in Y-Richtung 42. Ein Verstärkungsfaktor von 1 bedeutet dabei, dass das Signal ungedämpft, also mit nicht durch die Kombination der beiden Einzelsignale X und Y verringerter Amplitude beziehungsweise Intensität aufgezeichnet wird. Wie einfache geometrische Überlegungen ergeben, ist der Verstärkungsfaktor entlang der Z-Achse konstant Null, da in dieser Richtung weder das X-Signal noch das Y-Signal beziehungsweise die diesem Signal zugeordneten Mikrofone sensitiv sind. Aus der oben genannten Kombination der X-Signale und der Y-Signale ergibt sich also eine Richtwirkung, die dem in 4 gezeigten Torus entspricht, dessen Rotationsachse die Z-Achse ist. Berücksichtigt man ferner, dass die Richtcharakteristik eines omnidirektionalen Signals W kein Maximum aufweist, also eine kugelförmige Gestalt hat, wird evident, dass ein Signal dipolförmiger Richtcharakteristik in Z-Richtung erhalten werden kann, wenn die Signale W(k, n), X(k, n) und Y(k, n) gemäß folgender Kombinationsregel kombiniert werden:

Figure 00210001
4 shows a 3-dimensional representation of the directivity of the signal formed according to the above combination or combination rule. Shown is the gain factor (the directional weighting factor), which contains the signal from the relevant spatial direction in the combination signal against the position of the source in the X direction 40 and in the Y direction 42 , An amplification factor of 1 means that the signal is recorded unattenuated, that is to say with the amplitude or intensity not reduced by the combination of the two individual signals X and Y. As simple geometric considerations show, the gain factor along the Z-axis is constantly zero, since in this direction neither the X signal nor the Y signal or the microphones assigned to this signal are sensitive. From the above-mentioned combination of the X-signals and the Y-signals thus results in a directional effect, the in 4 shown torus whose axis of rotation is the Z-axis. If it is further considered that the directional characteristic of an omnidirectional signal W has no maximum, ie has a spherical shape, it becomes evident that a signal of dipole-shaped directional characteristic in the Z-direction can be obtained if the signals W (k, n), X (k , n) and Y (k, n) are combined according to the following combination rule:
Figure 00210001

Durch obige Beziehung wird also ein Signal vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik (eines in Z-Richtung ausgerichteten Dipols) erzeugt, sofern die Richtcharakteristiken der Eingangssignale X, Y und W bekannt sind.By The above relationship thus becomes a signal of predetermined spatial Directional characteristic (Z-directional dipole) provided the directional characteristics of the input signals X, Y and W are known.

Aus der Kombinationsregel ergibt sich somit der Betrag des erzeugten Signals in dem betreffenden Frequenzbereich direkt.Out The combination rule thus results in the amount of generated Directly in the relevant frequency range.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Phase ϕw(k, n) der Phase des omnidirektionalen Signals W(k, n) entsprechend gewählt werden, sodass das um eine Phaseninformation erweiterte erzeugte Signal folgende Form besitzt:

Figure 00210002
In one embodiment of the invention, the phase φ w (k, n) of the phase of the omnidirectional signal W (k, n) can be chosen accordingly, so that the signal generated by a phase information has the form:
Figure 00210002

5 veranschaulicht in einer 1-dimensionalen Darstellung den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit des Winkels α (52) zwischen Z-Achse und Richtung der Signalquelle. Die durchgezogene Linie 54 beschreibt die Richtcharakteristik eines herkömmlichen Dipols. Die gepunktete Kurve 56 illustriert die Richtcharakteristik des Signals Z(k, n) welches mittels obiger Kombinationsregel aus den Signalen W, X und Y kombiniert wurde beziehungsweise aus diesen Signalen hergeleitet wurde. 5 illustrates in a one-dimensional representation the amplification factor as a function of the angle α ( 52 ) between the Z-axis and the direction of the signal source. The solid line 54 describes the directional characteristic of a conventional dipole. The dotted curve 56 illustrates the directional characteristic of the signal Z (k, n) which was combined by means of the above combination rule from the signals W, X and Y or derived from these signals.

Wie es in 5 zu entnehmen ist, ist die Phaseninformation aufgrund der Kombination nicht mehr vollständig, was sich dadurch äußerst, dass die Richtcharakteristik des sogenannten homophasischen Dipols 56 nur für die Winkel 0 bis 90° und 270 bis 360° zu derjenigen des „klassischen" Dipols äquivalent ist. Der absolute Betrag der richtungsabhängigen Verstärkungsfaktoren im Bereich zwischen 90° und 270° ist identisch zu dem Absolutbetrag des klassischen Dipols, jedoch treten keine negativen Vorzeichen auf. Wird, wie beispielsweise bei der DirAC-Parametrisierung, lediglich die Information benötigt, aus welcher Raumrichtung die maximale Intensität aufgezeichnet wird, ist dieser Informationsverlustakzeptabel. Daher kann, wenn mittels obiger Kombinationsregel das Signal Z mit der eben beschriebenen Richtcharakteristik erzeugt wurde, eine darauffolgende und auf dem erzeugten Signal basierende DirAC-Analyse eine korrekte Bestimmung des Intensitätsvektors innerhalb des Halbraums des kartesischen Koordinatensystems mit positiver Z-Achse ergeben.As it is in 5 can be seen, the phase information is no longer complete due to the combination, which is characterized by the fact that the directivity of the so-called homophasic dipole 56 is equivalent to that of the "classical" dipole only for the angles 0 to 90 ° and 270 to 360 ° The absolute magnitude of the directional gain factors in the range between 90 ° and 270 ° is identical to the absolute value of the classical dipole, but no negative ones occur If, for example, in the case of the DirAC parameterization, only information is required from which spatial direction the maximum intensity is recorded, this loss of information is acceptable.Therefore, if by means of the above combination rule the signal Z with the directivity just described has been generated subsequent and signal-based DirAC analysis will yield a correct determination of the intensity vector within the half-space of the Cartesian Z-axis coordinate system.

Die 6A und 6B illustrieren noch einmal schematisch Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals vorbestimmter Richtcharakteristik beziehungsweise eines System zum Erzeugen einer DirAC-Parametrisierung basierend auf einem ersten Signal X mit Richtcharakteristik in X-Richtung, einem zweiten Signal Y mit Richtcharakteristik in Y-Richtung und einem omnidirektionalen Signal W. 6A zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Signalprozessors 2, dem ein erstes Signal X, ein zweites Signal Y und ein drittes Signal W zugeführt wird. Die Richtcharakteristiken der Signale entsprechen dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass mittels des Signalprozessors 2 ein Signal Z mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik erzeugt werden kann, bei dem der maximale richtungsabhängige Gewichtungsfaktor in Z-Richtung auftritt. Wie anhand der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben, werden dazu die zunächst in einer zeitlichen Darstellung durch Mikrofone aufgenommenen Signale X, Y- und W in eine spektrale Darstellung umgesetzt, woraufhin durch die oben beschriebene Kombination der Betragswerte ein Signal Z mit der vorbestimmten Richtcharakteristik gebildet wird.The 6A and 6B illustrate again schematically embodiments of an apparatus for generating a signal of predetermined directivity or a system for generating a DirAC parameterization based on a first signal X with directional characteristic in the X direction, a second signal Y with directional characteristic in the Y direction and an omnidirectional signal W. , 6A schematically shows an embodiment of a signal processor 2 to which a first signal X, a second signal Y and a third signal W are supplied. The directional characteristics of the signals correspond to the embodiment described above, so that by means of the signal processor 2 a signal Z can be generated with a predetermined spatial directional characteristic, in which the maximum direction-dependent weighting factor occurs in the Z direction. As described with reference to the preceding embodiments, the signals X, Y and W initially recorded in a temporal representation by microphones are converted into a spectral representation, whereupon a signal Z having the predetermined directional characteristic is formed by the above-described combination of the magnitude values.

Wie es in 6B veranschaulicht ist, kann alternativ die spektrale Darstellung der Signale X, Y und W zusammen mit der spektralen Darstellung des bestimmten Signals Z einem DirAC-Analysator 60 zugeführt werden, der, wie oben beschrieben, die für die DirAC-Parametrisierung eines akustischen räumlichen Signals charakteristischen Parameter, nämlich einen Richtungsvektor 62 und einem Diffusitätsparameter (diffuseness-parameter) 64 erzeugt. Zusammen mit dem omnidirektionalen Signal W in seiner zeitlichen Darstellung beziehungsweise in seiner spektralen Darstellung ermöglichen diese Parameter, bei einer darauffolgenden Wiedergabe beliebige Raumrichtungen zu bevorzugen beziehungsweise Signale nur aus den beliebigen Raumrichtungen wiederzugeben, oder auch das Schallfeld originalgetreu wiederzugeben.As it is in 6B Alternatively, the spectral representation of the X, Y and W signals together with the spectral representation of the particular Z signal may be a DirAC analyzer 60 supplied, as described above, the characteristic of the DirAC parameterization of an acoustic spatial signal parameters, namely a direction vector 62 and a diffusivity parameter (diffuseness parameter) 64 generated. Together with the omnidirectional signal W in its temporal representation or in its spectral representation, these parameters make it possible to prefer any spatial directions in a subsequent reproduction or to reproduce signals only from the arbitrary spatial directions, or to reproduce the sound field true to the original.

Anhand von 7 wird im Folgenden veranschaulicht, wie mittels eines von einem Ausführungsbeispiel eines Signalprozessors erzeugten Substitutionssignals vorbestimmter Richtcharakteristik eine DirAC-Parametrisierung durchgeführt werden kann, bzw. wie die DirAC-Parameter (ein Richtungsvektor bzw. Richtungsinformationen und ein Diffusitäts- bzw. die Diffuseness-Wert ψ gebildet werden können. 7 zeigt dabei in einem kartesischen Koordinatensystem mit den Achsen X, Y und Z an den Ecken eines Oktaeders und in dessen Zentrum sieben omnidirektionale Mikrofone, mittels derer die vollständige für die DirAC-Parametrisierung bzw. Analyse erforderliche Information, also Signale mit Richtwirkung in X, Y und Z sowie ein omnidirektionales Signal W gewonnen werden können. Bei der in 7 gezeigten, lediglich als Beispiel zu verstehenden Anordnung können die Signale mit Richtcharakteristik aus der Differenz zweier in der betreffenden Raumrichtung voneinander beabstandeter omnidirektionaler Mikrofone gewonnen werden. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel kann somit ein Signal mit der Richtcharakteristik in X-Richtung (Signal X(k, n)) durch Subtraktion der ggf. geeignet frequenzabhängig normierten Signale der Mikrofone 70a und 70b gewonnen werden. Ferner kann ein Signal mit Richtcharakteristik in Y-Richtung (Signal Y(k, n)) durch Subtraktion der ggf. geeignet frequenzabhängig normierten Signale der Mikrofone 72a und 72b gewonnen werden. Außerdem kann ein Signal mit Richtcharakteristik in Z-Richtung (Signal Z(k, n)) durch Subtraktion der ggf. geeignet frequenzabhängig normierten Signale der Mikrofone 74a und 74b gewonnen werden. Das im Zentrum angeordnete omnidirektionale Mikrofon 76 (W) dient der Aufnahme eines Signals W(k, n) mit omnidirektionaler Charakteristik, wie es für eine DirAC-Analyse erforderlich ist. Das Signal mit omnidirektionaler Charakteristik kann alternativ auch als Mittelwert aller Mikrophonsignale oder als Mittelwert der äußeren Mikrophonsignale berechnet werden.Based on 7 In the following, it will be illustrated how a DirAC parameterization can be performed by means of a substitution signal of predetermined directivity generated by an embodiment of a signal processor, or how the DirAC parameters (a direction vector and a diffuse value or diffuse value ψ) are formed can be. 7 shows in a Cartesian coordinate system with the axes X, Y and Z at the corners of an octahedron and in the center seven omnidirectional microphones, by means of which the complete information required for the DirAC parameterization or analysis, ie signals with directivity in X, Y and Z and an omnidirectional signal W can be obtained. At the in 7 shown, only to be understood as an example arrangement, the signals can be obtained with directional characteristic of the difference between two spaced apart in the relevant spatial direction omnidirectional microphones. At the in 7 Thus, a signal with the directional characteristic in the X direction (signal X (k, n)) can thus be obtained by subtracting the optionally frequency-dependent normalized signals of the microphones 70a and 70b be won. Furthermore, a signal with directional characteristic in the Y direction (signal Y (k, n)) can be obtained by subtracting the possibly frequency-dependent normalized signals of the microphones 72a and 72b be won. In addition, a signal with directional characteristic in the Z direction (signal Z (k, n)) by subtracting possibly suitable frequency-dependent normalized signals of the microphones 74a and 74b be won. The center-mounted omnidirectional microphone 76 (W) is used to record a signal W (k, n) with omnidirectional characteristics, as required for a DirAC analysis. The signal with omnidirectional characteristic can alternatively also be calculated as mean value of all microphone signals or as mean value of the external microphone signals.

Im Folgenden wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass eine Transformation in den Spektralbereich für die betreffenden Signale bereits erfolgt ist, so dass Indizes k jeweils den betrachteten Spektralbereich angeben, wohingegen der Index n den betrachteten Signalteil bzw. Signalblock der hier beispielhaft verwendeten blockweisen Frequenzanalyse (z. B. Kurzzeit-Fourier-Transformation SET) beschreibt.in the For the sake of simplicity, it is assumed below that a Transformation into the spectral range for the concerned Signals already occurred, so that indices k each considered the Specify the spectral range, whereas the index n the considered Signal part or signal block of the blocks used here by way of example Frequency analysis (eg short-time Fourier transform SET) describes.

Für die DirAC-Analyse wird zunächst ein Intensitätsvektor errechnet, dessen X-Komponente sich aus folgender Beziehung ergibt: Ix(k, n) = Re{E{W*(k, n)X(k, n)}},wobei der Operator * das Erzeugen des konjugiert-komplexen bezeichnet.For the DirAC analysis, an intensity vector is first calculated whose X-component results from the following relationship: I x (k, n) = Re {E {W * (k, n) X (k, n)}}, where the operator * designates the generation of the complex conjugate.

Es versteht sich von selbst, dass für die Y- und die Z-Komponente des Intensitätsvektors die äquivalenten Beziehungen gelten, obwohl obige Formel lediglich die X-Komponente beschreibt. Würden, wie im in 7 gezeigten Fall, sämtliche Informationen, also das Signal X, Y, Z und W, zur Verfügung stehen, ließen sich die Koordinaten der in 7 exemplarisch eingezeichneten Richtung maximaler Lautstärke 78 wie folgt bestimmen:

Figure 00250001
It goes without saying that the equivalent relationships apply to the Y and Z components of the intensity vector, although the above formula describes only the X component. Would, as in the 7 Case shown, all information, so the signal X, Y, Z and W are available, could be the coordinates of in 7 exemplified direction of maximum volume 78 determine as follows:
Figure 00250001

Bei obigen Gleichungen bezeichnet der Winkel φ den Azimut 79a und der Winkel ϑ die Elevation 79b, also diejenigen Winkel, die die Richtung der Klangquelle 78 relativ zum Ursprung des Koordinatensystems eindeutig beschreiben. Die Diffusität bzw. Diffuseness ψ wird in der DirAC-Analyse wie folgt bestimmt: E(k, n) = 12 (E{|X(k, n)|2} + E{|Y(k, n)|2} + E{|Z(k, n)|2} + E{|W(k, n)|2}),

Figure 00250002
In the above equations, the angle φ denotes the azimuth 79a and the angle θ the elevation 79b So those angles that indicate the direction of the sound source 78 describe clearly relative to the origin of the coordinate system. The diffuseness ψ is determined in the DirAC analysis as follows: E (k, n) = 1 2 (E {| X (k, n) | 2 } + E {| Y (k, n) | 2 } + E {| Z (k, n) | 2 } + E {| W (k, n) | 2 }),
Figure 00250002

Ist, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel eingehend diskutiert, ein Mikrofonsignal mit Richtcharakteristik in Z-Richtung nicht verfügbar, kann mittels eines Ausführungsbeispiels eines Signalprozessors das Signal Z ~(k, n) erzeugt werden wie im Vorhergehenden beschrieben. Dieses Signal weist dabei die anhand der 5 illustrierte Richtcharakteristik auf. Daher kann das so erzeugte Signal im Frequenzbereich unmittelbar für die Ableitung der DirAC-Parameter verwendet werden. Gemäß obigen Überlegungen ergibt sich der Intensitätsvektor für die DirAC-Parametrisierung in Z-Richtung folglich zu: I ~z(k, n) = Re{E{W*(k, n)Z ~(k, n)}} If, as discussed in detail in the preceding embodiment, a microphone signal with directional characteristic in the Z direction is not available, the signal Z ~ (k, n) can be generated by means of an embodiment of a signal processor as described above. This signal has the basis of the 5 illustrated directional characteristic. Therefore, the signal thus generated in the frequency domain can be used directly for the derivation of the DirAC parameters. According to the above considerations, the intensity vector for the DirAC parameterization in the Z direction consequently results in: I ~ z (k, n) = Re {E {W * (k, n) Z ~ (k, n)}}

Folglich kann auch in dem Fall, in dem kein generisch aufgenommenes Signal mit Richtwirkung in Z-Richtung existiert, eine Elevationswinkel 79b abgeleitet werden, der die Position der Klangquelle 78 in Z-Richtung angibt. Dies ist möglich, indem die Intensität I ~z(k, n) zur Berechnung des Winkels gemäß folgender Formel verwendet wird:

Figure 00260001
Consequently, even in the case where there is no generically picked up signal in the Z direction, an elevation angle can be used 79b Derive the position of the sound source 78 in Z-direction indicates. This is possible by using the intensity I ~ z (k, n) to calculate the angle according to the following formula:
Figure 00260001

Wie bereits oben erwähnt, kann durch die Tatsache, dass die Phaseninformation, bei der die Kombinationsregel nicht berücksichtigt wird, die Richtcharakteristik des erzeugten Signals der eines homophasischen Dipols entsprechen. Daher ist eine eindeutige Zuordnung der Position der Klangquelle 78 nur in der Halbebene mit positiven Z-Werten möglich. Der Diffuseness-Parameter ergibt sich in dem Fall eines 2-dimensionalen Mikrofon-Arrays, welches X, Y und W-Signale erzeugt, äquivalent zu dem Fall vollständiger DirAC-Mikrofonsignale, indem der Wert Iz durch die oben hergeleitete Intensität I ~z ersetzt wird.As already mentioned above, by the fact that the phase information in which the combination rule is not taken into account, the directivity of the generated signal may correspond to that of a homophasic dipole. Therefore, a unique association is the position of the sound source 78 only possible in the half-plane with positive Z-values. The diffuseness parameter results in the case of a 2-dimensional microphone array which generates X, Y and W signals, equivalent to the case of full DirAC microphone signals, by replacing the value I z with the above-derived intensity I ~ z becomes.

Eine DirAC-Analyse ist auch möglich, wenn man lediglich an der 2-dimensionalen Analyse des Klangfeldes interessiert ist. In diesem Fall kann beispielsweise auf das omnidirektionale Mikrofon 76 verzichtet werden, da, wie im Folgenden gezeigt werden wird, aus den X und Y-Signalen ein Substitutionssignal mit Torus-förmiger Richtcharakteristik erzeugt werden kann, welches es ermöglicht, die interessierenden 2-dimensionalen DirAC-Parameter, nämlich Azimuth 79a und den Diffuseness-Parameter ψ2D zu bestimmen.A DirAC analysis is also possible if one is only interested in the 2-dimensional analysis of the sound field. In this case, for example, the omnidirectional microphone 76 can be omitted, as will be shown below, from the X and Y signals, a substitution signal can be generated with torus-shaped directional characteristic, which allows the interesting 2-dimensional DirAC parameters, namely azimuth 79a and to determine the diffuseness parameter ψ 2D .

Zunächst wird als Substitutionssignal vorbestimmter Richtcharakteristik ein Signal WT(k, n) gebildet, welches eine Torus-förmige Richtcharakteristik aufweist, wie bereits weiter oben beschrieben wurde. Das Signal WT(k, n) lässt sich wie folgt aus den Signalen X und Y darstellen:

Figure 00270001
First, as a substitution signal of predetermined directivity, a signal W T (k, n) is formed, which has a toroidal directivity, as already described above. The signal W T (k, n) can be represented as follows from the signals X and Y:
Figure 00270001

Der Phasenparameter ist dabei optional. Die „2-dimensionale-Intensität lässt sich wie folgt bilden: I2D,x(k, n) = Re{E{WT*(k, n)X(k, n)}}wobei für die „2-dimensionale Intensität" in Y-Richtung obige Formel für das Y-Signal äquivalent gilt.The phase parameter is optional. The 2-dimensional intensity can be formed as follows: I 2D, x (k, n) = Re {E {W T * (k, n) X (k, n)}} where the Y-direction "2-dimensional intensity" is equivalent to the above formula for the Y signal.

Aus den X- und Y-Intensitäten kann der Azimut-Winkel 79a unmittelbar nach folgender Formel bestimmt werden:

Figure 00270002
Durch das erzeugte Signal vorbestimmter Richtcharakteristik (Signal WT mit Torus-förmiger Richtcharakteristik) lässt sich der „2-dimensionale" Gesamtenergiewert gemäß folgender Formel errechnen: E2D(k, n) = 12 (E{|X(k, n)|2} + E{|Y(k, n)|2} + E{(WT(k, n)|2}). From the X and Y intensities, the azimuth angle 79a be determined directly according to the following formula:
Figure 00270002
By the generated signal of predetermined directional characteristic (signal W T with toroidal directional characteristic), the "2-dimensional" total energy value can be calculated according to the following formula: e 2D (k, n) = 1 2 (E {| X (k, n) | 2 } + E {| Y (k, n) | 2 } + E {(W T (k, n) | 2 }).

Unter Verwendung des Substitutionssignals WT, das mittels eines Ausführungsbeispiels eines Signalprozessors erzeugt wurde, lässt sich somit auch im 2-dimensionalen Fall der Diffuseness-Parameter ψ gemäß folgender Formel errechnen:

Figure 00280001
Using the substitution signal W T , which was generated by means of an embodiment of a signal processor, the diffuseness parameter ψ can thus also be calculated in the 2-dimensional case according to the following formula:
Figure 00280001

Wie obige Ausführungsbeispiele ergeben haben, ist es durch die Verwendung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Signalprozessors möglich, Mikrofone einzusparen bzw. geometrische Randbedingungen, die eine ideale Platzierung von Mikrofonen nicht ermöglichen, zu kompensieren und trotzdem eine vollständige DirAC-Analyse eines räumlichen Signals durchzuführen.As above embodiments have given, it is by the use of an embodiment of an inventive Signal processor possible to save microphones or geometric Boundary conditions that are not an ideal placement of microphones allow to compensate and still complete Perform DirAC analysis of a spatial signal.

Bei dem im Folgenden diskutierten weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass als Signallieferanten, also als Signalquellen für die Eingangssignale des Signalprozessors lediglich ein lineares Mikrofon-Array zur Verfügung steht. Dies hat unmittelbar zur Folge, dass ein Signal mit einer Richtcharakteristik lediglich in der Richtung, die durch die Verbindungsgerade zwischen den Mikrofonen definiert wird, zur Verfügung steht. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei diese Richtung im Folgenden als X-Richtung bezeichnet. Folglich kann lediglich ein omnidirektionales Signal W(k, n) und ein Signal X(k, n) als Eingangssignal für den Signalprozessor zur Verfügung gestellt werden. Dennoch kann eine akustische Analyse zumindest innerhalb der X-Y-Ebene beispielsweise mit der DirAC-Parametrisierung erfolgen, da, wie im Folgenden beschrieben wird, ein Signal Y(k, n) mit vorbestimmter, dipolartiger Richtcharakteristik aus den Signalen W und X erzeugt werden kann. Analog zu obigen Überlegungen kann die folgende Kombinationsregel abgewandelt werden, um die Be tragswerte des zu erzeugenden Signals gemäß folgender Beziehung zu bestimmen:

Figure 00290001
In the further embodiment of the present invention discussed below, it is assumed that only one linear microphone array is available as signal suppliers, ie as signal sources for the input signals of the signal processor. This has the immediate result that a signal with a directional characteristic only in the direction that is defined by the connecting line between the microphones, is available. Without limiting generality, this direction is referred to below as the X direction. Consequently, only one omnidirectional signal W (k, n) and one signal X (k, n) can be provided as an input to the signal processor. Nevertheless, an acoustic analysis can at least take place within the XY plane, for example with the DirAC parameterization, since, as will be described below, a signal Y (k, n) with a predetermined, dipole-like directional characteristic can be generated from the signals W and X. Analogous to the above considerations, the following combination rule can be modified to determine the values of the signal to be generated according to the following relationship:
Figure 00290001

Die Richtcharakteristik des so erzeugten Signals entspricht obigen Überlegungen folgend einem Torus, dessen Rotationsachse die X-Achse ist. Dies bedeutet insbesondere bei einer 2-dimensionalen Betrachtung innerhalb der X-Y-Ebene, dass die Richtcharakteristik des Signals Y ^ innerhalb der X-Y-Ebene einem Dipol entspricht, dessen maximaler Wichtungsfaktor auf der Y-Achse liegt und dessen Richtcharakteristik symmetrisch zur Y-Achse ist. Die so erzeugte Richtcharakteristik erfüllt also die Voraussetzungen für eine darauffolgende DirAC-Analyse.The directional characteristic of the signal thus generated corresponds to the above considerations following a torus whose axis of rotation is the X-axis. This means especially for a 2-dimensional view tion within the XY plane that the directional characteristic of the signal Y ^ within the XY plane corresponds to a dipole whose maximum weighting factor lies on the Y-axis and whose directional characteristic is symmetrical to the Y-axis. The directional characteristic thus generated fulfills the conditions for a subsequent DirAC analysis.

Ein optionaler Phasenfaktor kann dem Phasenfaktor des omnidirektionalen Signals W(k, n) entsprechen, so dass, wenn eine Phaseninformation gewünscht ist, die Kombinationsregel erweitert werden kann, um das erzeugte Signal so zu bilden, dass es gemäß folgender Formel beschrieben werden kann:

Figure 00290002
An optional phase factor may correspond to the phase factor of the omnidirectional signal W (k, n), so that if phase information is desired, the combination rule may be extended to form the generated signal such that it can be described according to the following formula:
Figure 00290002

Das so erzeugte Signal Y ^(k, n) hat eine Richtcharakteristik entsprechend eines homophasischen Dipols innerhalb der X-Y-Ebene. Somit wird eine darauffolgende DirAC-Analyse zu einer korrekten Bestimmung des Intensitätsvektors innerhalb der Halbebene der X-Y-Ebene führen, die die positive Y-Achse umfasst. Folglich kann auch im Falle eines 1-dimensionalen Mikrofonarrays eine DirAC-Analyse durchgeführt werden, die eine hochflexible Weiterverarbeitung des analysierten Signalsermöglicht, wenn Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Signalprozessoren verwendet werden können, um ein zusätzliches Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik zu erzeugen.The thus generated signal Y ^ (k, n) has a directional characteristic accordingly a homophasic dipole within the X-Y plane. Thus, will a subsequent DirAC analysis on a correct determination of the Intensity vector within the half-plane of the X-Y plane lead, which includes the positive Y-axis. Consequently, can also in the case of a 1-dimensional microphone array a DirAC analysis be carried out, which is a highly flexible processing of the analyzed signal, if embodiments used according to the invention signal processors can be used to provide an additional signal to generate predetermined spatial directional characteristic.

Die folgenden Überlegung zeigen, wie mittels des oben erzeugten Signals Y ^(k, n) auch im Fall eines linearen Mikrofonarrays eine darauffolgende DirAC-Analyse (2-dimensionaler Fall) durchgeführt werden kann. Der Intensitäts-Vektor für die DirAC-Analyse berechnet sich für die X-Komponente wie im normalen Fall, da diese Komponente zusammen mit einem omnidirektionalen Signal unmittelbar zur Verfügung steht.The following consideration, as generated by means of the above Signal Y ^ (k, n) also in the case of a linear microphone array a subsequent DirAC analysis (2-dimensional case) can. The intensity vector for the DirAC analysis is calculated for the X component as in the normal case, because this component together with an omnidirectional signal immediately available.

Für die Bestimmung der Y-Komponente wird das erzeugte Substitutionssignal vorbestimmter Richtcharakteristik Y ^(k, n) verwendet, so dass gilt: I ~2D,y(k, n) = Re{E{W*(k, n)Y ~(k, n)}} For the determination of the Y-component, the generated substitution signal of predetermined directivity Y ^ (k, n) is used, so that the following applies: I ~ 2D, y (k, n) = Re {E {W * (k, n) Y ~ (k, n)}}

Zur Bestimmung des Azimuth-Winkels kann dann die so erzeugte Intensität I ~2D,Y und die gemessene Intensität I2D,x verwendet werden. Auch im Fall eines linearen Mikrofonarrays lässt sich aus den folgenden Beziehungen ein Diffuseness-Parameter ψ2D herleiten, auch wenn lediglich Mikrofone verwendet werden können, die in einer Raumrichtung linear hintereinander angeordnet sind: E ~2D(k, n) = 12 (E{|X(k, n)|2} + E{|Y ~(k, n)|2} + E{|W(k, n)|2}),

Figure 00300001
To determine the azimuth angle, the intensity I ~ 2D, Y thus generated and the measured intensity I 2D, x can then be used. In the case of a linear microphone array, too, a diffuseness parameter ψ 2D can be derived from the following relationships, even if only microphones can be used which are arranged linearly one behind the other in one spatial direction: E ~ 2D (k, n) = 1 2 (E {| X (k, n) | 2 } + E {| Y ~ (k, n) | 2 } + E {| W (k, n) | 2 }),
Figure 00300001

Wie oben beschrieben, kann also auch dann eine Aussage über die räumliche Zusammensetzung des Signals getroffen werden, wenn dies lediglich mit einem 1-dimensionalen Empfängerarray aufgezeichnet werden kann.As described above, so can also make a statement about the spatial composition of the signal are taken if only with a 1-dimensional receiver array can be recorded.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung führen also folgende Schritte aus:

  • – Bereitstellen einer Mehrzahl von Signalen mit bekannter Richtcharakteristik (entweder direkt mit dieser Richtcharakteristik gemessen oder durch Beam-Forming mittels eines Mikrofon-Arrays errechnet).
  • – Transformieren jedes Eingangssignals in die Kurzzeitfrequenzdomäne.
  • – Für jeden zu berücksichtigenden Frequenzbereich: Bestimmen des Betrags und einer Phaseninformation jedes Eingangssignals.
  • – Für jeden interessierenden Frequenzbereich: Bestimmen des Betrags des zu erzeugenden Signals, indem die Beträge der Eingangssignale gemäß einer Kombinationsregel miteinander kombiniert werden.
  • – Sofern eine Phaseninformation gewünscht wird, Kombinieren des Betrags des erzeugten Signals mit einem der Phasenfaktoren der spektralen Darstellungen einer der Eingangssignale.
Some embodiments of the present invention thus carry out the following steps:
  • - Providing a plurality of signals having a known directional characteristic (either measured directly with this directional characteristic or calculated by beam-forming using a microphone array).
  • - Transform each input signal into the short-time frequency domain.
  • For each frequency range to be considered, determine the magnitude and phase information of each input signal.
  • For each frequency range of interest: determining the magnitude of the signal to be generated by combining the magnitudes of the input signals according to a combination rule.
  • If phase information is desired, combining the magnitude of the generated signal with one of the phase factors of the spectral representations of one of the input signals.

Wie bereits oben erwähnt, ermöglicht die Anwendung erfindungsgemäßer Signalprozessoren die flexiblere Anwendung von Mikrofonen beziehungsweise Mikrofon-Arrays im Hinblick auf die Bestimmung von Parametern zur räumlichen Rekonstruktion einer aufzunehmenden Klangkulisse bzw. eines aufgenommenen Signals.As already mentioned above, allows the application Signal processors according to the invention the more flexible Application of microphones or microphone arrays with regard to on the determination of parameters for spatial reconstruction a recorded soundscape or a recorded signal.

Es wird ermöglicht, Signale einer vorbestimmten räumlichen Richtcharakteristik zu erzeugen (wie beispielsweise eine Dipol-Charakteristik).It is allowed to receive signals of a predetermined spatial Directivity to produce (such as a dipole characteristic).

Darüber hinaus ist es möglich, bei Verwendung erfindungsgemäßer Signalprozessoren die räumliche Selektivität von Mikrofon-Arrays zu verbessern, indem beispielsweise der räumliche Bereich, indem der richtungsabhängige Gewichtungsfaktor groß ist, beschränkt werden kann. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Ausgangssignale der Mikrofon-Arrays bekannter Richtcharakteristik mittels Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Signalprozessoren bearbeitet werden.About that In addition, it is possible using inventive Signal processors the spatial selectivity of Improve microphone arrays by, for example, the spatial Range by the directional weighting factor is big, can be limited. This can be, for example be achieved by the output signals of the microphone arrays known Directional characteristic by means of embodiments according to the invention Signal processors are processed.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Signals mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik. In einem Signalerzeugungsschritt 100 wird ein erstes Signal bekannter räumlicher Richtcharakteristik 8a und ein zweites Signal bekannter räumlicher Richtcharakteristik 8b bereitgestellt. Ferner wird die zeitliche Darstellung des ersten und des zweiten Signals in einem Schritt der Transformation in eine spektrale Darstellung des ersten Signals 8a und eine spektrale Darstellung des zweiten Signals 8b umgesetzt. In einem Kombinationsschritt wird die spektrale Darstellung des ersten Signals 8a und die spektrale Darstellung des zweiten Signals 8b nach einer Kombinationsregel so kombiniert, dass eine aus der Kombination resultierende spektrale Darstellung des zu erzeugenden Signals die vorbestimmte räumliche Richtcharakteristik aufweist, wobei die vorbestimmte Richtcharakteristik sich von der Richtcharakteristik des ersten und des zweiten Signals unterscheidet. 8th shows an embodiment of a method for generating a signal with a predetermined spatial directional characteristic. In a signal generation step 100 becomes a first signal of known spatial directional characteristic 8a and a second signal of known spatial directional characteristic 8b provided. Furthermore, the temporal representation of the first and the second signal in a step of the transformation into a spectral representation of the first signal 8a and a spectral representation of the second signal 8b implemented. In a combination step, the spectral representation of the first signal 8a and the spectral representation of the second signal 8b combined according to a combination rule such that a spectral representation of the signal to be generated resulting from the combination has the predetermined spatial directivity, wherein the predetermined directivity differs from the directivity of the first and the second signal.

In einem optionalen Rücktransformationsschritt 104 wird die spektrale Darstellung des erzeugten Signals in eine zeitliche Darstellung umgesetzt, um ein Signal mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik zu erhalten, welches beispielsweise mittels eines Lautsprechers wiedergegeben werden kann.In an optional inverse transformation step 104 the spectral representation of the generated signal is converted into a time representation in order to obtain a signal with a predetermined spatial directional characteristic, which can be reproduced for example by means of a loudspeaker.

In einem alternativen Analyseschritt 106 wird aus dem erzeugten Signal vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik 10 und den Eingangssignalen 8a und 8b eine Parametrisierung bzw. deren spektraler Darstellung der räumlichen Eigenschaften des aufgenommenen Audiosignals abgeleitet.In an alternative analysis step 106 becomes from the generated signal predetermined spatial directional characteristic 10 and the input signals 8a and 8b derived a parametrization or their spectral representation of the spatial properties of the recorded audio signal.

Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Dependent from the circumstances, the inventive Method for generating a signal with predetermined spatial Directional characteristic can be implemented in hardware or in software. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals done so interact with a programmable computer system can that process of the invention for generating a signal having a predetermined spatial Directional characteristic is executed. Generally exists the invention thus also in a computer program product with a stored on a machine-readable carrier Program code for carrying out the inventive Procedure if the computer program product on a machine expires. In other words, the Invention thus as a computer program with a program code to implement the method, if the computer program runs on a computer.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 4042779 [0006] US 4042779 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Directional Audio Coding, Pulkki, V., „Directional audio coding in spatial sound reproduction and stereo upmixing", in Proceedings of The AES 28th International Conference, pp. 251–258, Pitea, Sweden, June 30–July 2, 2006 [0004] - Directional Audio Coding, Pulkki, V., "Directional audio coding in spatial sound reproduction and stereo upmixing", in Proceedings of The AES 28th International Conference, pp. 251-258, Pitea, Sweden, June 30-July 2, 2006 [ 0004]
  • - G. W. Elko: „Superdirectional microphone arrays" in S. G. Gay, J. Benesty (eds.): „Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-3-540-41953-2 [0006] - GW Elko: "Superdirectional microphone arrays" in SG Gay, J. Benesty (eds.): "Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-3-540-41953-2 [ 0006]
  • - Merimaa, J., "Applications of a 3-D Microphone Array," in Proceedings of the AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002 [0006] Merimaa, J., "Applications of a 3-D Microphone Array," in Proceedings of the AES 112th Convention, Munich, Germany, May 2002 [0006]
  • - G. W. Elko: „Superdirectional microphone arrays" in S.G. Gay, J. Benesty (eds.): „Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-0792378143 [0010] GW Elko: "Superdirectional microphone arrays" in SG Gay, J. Benesty (eds.): "Acoustic Signal Processing for Telecommunication", Chapter 10, Kluwer Academic Press, 2000, ISBN: 978-0792378143 [0010]
  • - J. Bitzer, K.U. Simmer: "Superdirective microphone array" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): „Microphone Arrays – Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 2, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-540-41953-2 [0010] - J. Bitzer, KU Simmer: "Superdirective microphone array" in M. Brandstein, D. Ward (eds.): "Microphone Arrays - Signal Processing Techniques and Applications", Chapter 2, Springer Berlin, 2001, ISBN: 978-540 -41953-2 [0010]
  • - H. Kamiyanagida, H. Saruwatari, K. Takeda, F. Itakura: „Direction of arrival estimation based an nonlinear microphone array" in Proceedings of the IEEE Int. Conf. On Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 3033–3036, Salt Lake City, May 2001 [0015] H. Kamiyanagida, H. Saruwatari, K. Takeda, F. Itakura: "Direction of arrival estimation based on nonlinear microphone array" in Proceedings of the IEEE Int Conf. On Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 3033-3036, Salt Lake City, May 2001 [0015]

Claims (25)

Signalprozessor (2) zum Erzeugen eines Substitutionssignals (10) mit einer vorbestimmten Richtcharakteristik unter Verwendung eines ersten Signals (8a) mit bekannter Richtcharakteristik und eines zweiten Signals (8b) mit bekannter Richtcharakteristik, mit folgenden Merkmalen: einem Signalumsetzer (4), um das erste Signal (8a) und das zweite Signal (8b) in eine spektrale Darstellung mit mehreren Frequenzbändern umzusetzen, für welche jeweils mindestens ein Amplitudenparameter bestimmt wird; und einem Signalkombinierer (6), um die spektrale Darstellung des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) gemäß einer Kombinationsregel zu kombinieren, um eine spektrale Darstellung des Substitutionssignals (10) mit der vorbestimmten, sich von den Richtcharakteristika der ersten (8a) und zweiten (8b) Signale unterscheidenden Richtcharakteristik zu erhalten, wobei gemäß der Kombinationsregel die Absolutbeträge der Amplitudenparameter des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) gebildet und kombiniert werden, um einen Amplitudenparameter einer spektralen Darstellung des Substitutionssignals (10) zu erhalten.Signal processor ( 2 ) for generating a substitution signal ( 10 ) having a predetermined directivity using a first signal ( 8a ) having a known directional characteristic and a second signal ( 8b ) having a known directional characteristic, comprising: a signal converter ( 4 ), the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) to implement in a spectral representation with a plurality of frequency bands, for each of which at least one amplitude parameter is determined; and a signal combiner ( 6 ) to the spectral representation of the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) according to a combination rule to obtain a spectral representation of the substitution signal ( 10 ) with the predetermined, from the directional characteristics of the first ( 8a ) and second ( 8b ) Signals of differing directivity, wherein, according to the combination rule, the absolute values of the amplitude parameters of the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) and combined to produce an amplitude parameter of a spectral representation of the substitution signal ( 10 ) to obtain. Signalprozessor (2) gemäß Anspruch 1, der ferner einen zweiten Signalumsetzer aufweist, um die spektrale Darstellung des Substitutionssignals (10) in eine zeitliche Darstellung umzusetzen.Signal processor ( 2 ) according to claim 1, further comprising a second signal converter for generating the spectral representation of the substitution signal ( 10 ) into a temporal representation. Signalprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, für verschiedene Frequenzbänder der spektralen Darstellun gen des ersten (8a) und des zweiten (b) Signals dieselbe Kombinationsregel zu verwenden.Signal processor according to one of Claims 1 or 2, in which signal combiners ( 6 ) is formed for different frequency bands of the spectral Darstellun conditions of the first ( 8a ) and the second (b) signal to use the same combination rule. Signalprozessor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, die nur von der bekannten Richtcharakteristik des ersten (8a) und des zweiten (8b) Signals abhängt.Signal processor ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the signal combiner ( 6 ) is designed to use a combination rule which only depends on the known directional characteristic of the first ( 8a ) and the second ( 8b ) Signal depends. Signalprozessor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Signalumsetzer (4) einen Blockprozessor aufweist, um das erste (8a) und das zweite Signal (8b) in diskrete Signalteile konstanter Länge zu unterteilen, wobei der Signalumsetzer (4) ausgebildet ist, jeden der Signalteile in eine spektrale Darstellung mit mehreren Frequenzbändern umzusetzen.Signal processor ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the signal converter ( 4 ) has a block processor to the first ( 8a ) and the second signal ( 8b ) into discrete signal parts of constant length, the signal converter ( 4 ) is adapted to convert each of the signal parts into a spectral representation with a plurality of frequency bands. Signalprozessor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Signalkombinierer ausgebildet ist (4), eine derartige Kombinationsregel zu verwenden, dass bei einem ersten Signal (8a) mit omnidirektionaler Richtcharakteristik und einem zweiten Signal (8b) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer Dipolrichtung ein Substitutionssignal mit einer dipolförmigen Richtcharakteristik in einer vorbestimmten Richtung erzeugt wird, die senkrecht zu der Dipolrichtung ist.Signal processor ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the signal combiner is designed ( 4 ), to use such a combination rule that at a first signal ( 8a ) with omnidirectional directivity and a second signal ( 8b ) is generated with dipole-shaped directional characteristic in a dipole direction, a substitution signal having a dipole-shaped directional characteristic in a predetermined direction, which is perpendicular to the dipole direction. Signalprozessor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, gemäß der der Betrag eines Amplitudenparameters D(k, n) des Substitutionssignals durch folgende Kombination der Amplitudenparameter P(k, n) des ersten Signals (8a) und P(k, n) des zweiten Signals (8b) beschrieben werden kann:
Figure 00360001
Signal processor ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the signal combiner ( 6 ) is adapted to use a combination rule according to which the magnitude of an amplitude parameter D (k, n) of the substitution signal is determined by the following combination of the amplitude parameters P (k, n) of the first signal ( 8a ) and P (k, n) of the second signal ( 8b ) can be described:
Figure 00360001
Signalprozessor (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Signalumsetzer (4) ausgebildet ist, für jedes Frequenzband zusätzlich einen Phasenparameter als Teil der spektralen Darstellung der Signale zu bestimmen.Signal processor ( 2 ) according to one of the preceding claims, in which the signal converter ( 4 ) is designed to additionally determine a phase parameter for each frequency band as part of the spectral representation of the signals. Signalprozessor gemäß Anspruch 8, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, gemäß der ein der spektralen Darstellung des Substitutionssignals (10) zugeordneter Phasenfaktor ϕ unter Verwendung eines Phasenfaktors ϕ1(k, n) des ersten (8a) und/oder eines Phasenfaktors ϕ2(k, n) des zweiten (8b) Signals erhalten wird.Signal processor according to Claim 8, in which the signal combiner ( 6 ) is adapted to use a combination rule according to which one of the spectral representation of the substitution signal ( 10 ) associated phase factor φ using a phase factor φ 1 (k, n) of the first ( 8a ) and / or a phase factor φ 2 (k, n) of the second ( 8b ) Signal is obtained. Signalprozessor gemäß Anspruch 9, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, als Phasenfaktor ϕ entweder den Phasenfaktor ϕ1(k, n) des ersten (8a) oder den Phasenfaktor ϕ2(k, n) des zweiten (8b) Signals zu verwenden.Signal processor according to Claim 9, in which the signal combiner ( 6 ) is formed, as a phase factor φ either the phase factor φ 1 (k, n) of the first ( 8a ) or the phase factor φ 2 (k, n) of the second ( 8b ) To use signals. Signalprozessor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ausgebildet ist, das Substitutionssignal (10) unter Verwendung eines dritten Signals (8c) vorbestimmter Richtcharakteristik zu erzeugen, wobei der Signalumsetzer (4) ausgebildet ist, das dritte Signal (8c) in die spektrale Darstellung mit mehreren Frequenzbändern umzusetzen; und der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, um eine spektrale Darstellung des Substitutionssignals (10) mit der vorbestimmten, sich von den Richtcharakteristika der ersten (8a), zweiten (8b) und dritten (8c) Signale unterscheidenden Richtcharakteristik zu erhalten, wobei gemäß der Kombinationsregel zusätzlich der Absolutbetrag eines Amplitudenparameters des dritten Signals (8c) kombiniert wird, um den Amplitudenparameter der spektralen Darstellung des Substitutionssignals (10) zu erhalten.Signal processor according to one of the preceding claims, which is designed to receive the substitution signal ( 10 ) using a third signal ( 8c ) predetermined directional characteristic, wherein the signal converter ( 4 ), the third signal ( 8c ) in the spectral representation with several Fre implement bands; and the signal combiner ( 6 ) is adapted to provide a spectral representation of the substitution signal ( 10 ) with the predetermined, from the directional characteristics of the first ( 8a ), second ( 8b ) and third ( 8c ) Signals of differing directivity, wherein, according to the combination rule, in addition the absolute value of an amplitude parameter of the third signal ( 8c ) is combined to obtain the amplitude parameter of the spectral representation of the substitution signal ( 10 ) to obtain. Signalprozessor (2) gemäß Anspruch 11, bei dem der Signalkombinierer ausgebildet ist (4), eine derartige Kombinationsregel zu verwenden, dass bei einem ersten Signal (8a) mit omnidirektionaler Richtcharakteristik, einem zweiten Signal (8b) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer Dipolrichtung und einem dritten Signal (8c) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer zur Dipolrichtung senkrechten zweiten Dipolrichtung ein Substitutionssignal mit einer dipolförmigen Richtcharakteristik in einer vorbestimmten Richtung erzeugt wird, welche senkrecht zu der Dipolrichtung und zu der zweiten Dipolrichtung ist.Signal processor ( 2 ) according to claim 11, wherein the signal combiner is formed ( 4 ), to use such a combination rule that at a first signal ( 8a ) with omnidirectional directivity, a second signal ( 8b ) with a dipole-shaped directional characteristic in a dipole direction and a third signal ( 8c ) is generated with a dipole-shaped directional characteristic in a direction perpendicular to the dipole direction of the second dipole a substitution signal having a dipole directional characteristic in a predetermined direction, which is perpendicular to the dipole direction and the second dipole direction. Signalprozessor (2) gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, gemäß der der Betrag eines Amplitudenparameters D(k, n) des Substitutionssignals durch folgende Kombination der Amplitudenparameter P1(k, n) des ersten Signals (8a), P(k, n) des zweiten Signals (8b) und P3(k, n) des dritten Signals (8c) beschrieben werden kann:
Figure 00370001
Signal processor ( 2 ) according to claim 11 or 12, wherein the signal combiner ( 6 ) is adapted to use a combination rule according to which the magnitude of an amplitude parameter D (k, n) of the substitution signal is determined by the following combination of the amplitude parameters P 1 (k, n) of the first signal ( 8a ), P (k, n) of the second signal ( 8b ) and P 3 (k, n) of the third signal ( 8c ) can be described:
Figure 00370001
Signalprozessor (2) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Signalumsetzer (4) ausgebildet ist, für jedes Frequenzband zusätzlich einen Phasenparameter als Teil der spektralen Darstellung der Signale zu bestimmen.Signal processor ( 2 ) according to one of claims 11 to 13, in which the signal converter ( 4 ) is designed to additionally determine a phase parameter for each frequency band as part of the spectral representation of the signals. Signalprozessor gemäß Anspruch 14, bei der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, gemäß der ein der spektralen Darstellung des Substitutionssignals (10) zugeordneter Phasenfaktor ϕ unter Verwendung eines Phasenfaktors ϕ1(k, n) des ersten (8a) und/oder eines Phasenfaktors ϕ2(k, n) des zweiten (8b) und/oder eines Phasenfaktors ϕ3(k, n) des dritten (8c) Signals erhalten wird.Signal processor according to claim 14, wherein the signal combiner ( 6 ) is adapted to use a combination rule according to which one of the spectral representation of the substitution signal ( 10 ) associated phase factor φ using a phase factor φ 1 (k, n) of the first ( 8a ) and / or a phase factor φ 2 (k, n) of the second ( 8b ) and / or a phase factor φ 3 (k, n) of the third ( 8c ) Signal is obtained. Signalprozessor (2) gemäß Anspruch 15, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, als Phasenfaktor ϕ entweder den Phasenfaktor ϕ1(k, n) des ersten (8a), den Phasenfaktor ϕ2(k, n) des zweiten (8b) oder den Phasenfaktor ϕ3(k, n) des dritten (8c) Signals zu verwenden.Signal processor ( 2 ) according to claim 15, wherein the signal combiner ( 6 ) is formed, as a phase factor φ either the phase factor φ 1 (k, n) of the first ( 8a ), the phase factor φ 2 (k, n) of the second ( 8b ) or the phase factor φ 3 (k, n) of the third ( 8c ) To use signals. Signalprozessor (2) gemäß Anspruch 9 oder 15, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, eine Kombinationsregel zu verwenden, gemäß der das Substitutionssignal (10) aus dem Betrag des Amplitudenparameters |D(k, n)| und dem Phasenfaktor ϕ wie folgt kombiniert wird: D(k, n) = |D(k, n)|e. Signal processor ( 2 ) according to claim 9 or 15, wherein the signal combiner ( 6 ) is adapted to use a combination rule according to which the substitution signal ( 10 ) from the magnitude of the amplitude parameter | D (k, n) | and the phase factor φ is combined as follows: D (k, n) = | D (k, n) | e , Signalprozessor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ausgebildet ist, Audio-Signale zu verwenden und ein Audio-Signal zu erzeugen.Signal processor according to one of preceding claims, which is adapted to audio signals to use and generate an audio signal. Verfahren zum Erzeugen eines Signals mit vorbestimmter räumlicher Richtcharakteristik unter Verwendung eines ersten Signals mit bekannter räumlicher Richtcharakteristik und eines zweiten Signals mit bekannter räumlicher Richtcharakteristik, umfassend: umsetzen des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) in eine spektrale Darstellung mit mehreren Frequenzbändern, für welche jeweils mindestens ein Amplitudenparameter bestimmt wird; und kombinieren der spektralen Darstellung des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b), um eine spektrale Darstellung des Substitutionssignals (10) mit der vorbestimmten, sich von den Richtcharakteristika der ersten (8a) und zweiten (8b) Signale unterscheidenden Richtcharakteristik zu erhalten, wobei die Absolutbetrage der Amplitudenparameter des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) gebildet und kombiniert werden, um einen Amplitudenparameter einer spektralen Darstellung des Substitutionssignals (10) zu erhalten.A method for generating a signal having a predetermined spatial directional characteristic using a first signal having a known spatial directional characteristic and a second signal having a known spatial directional characteristic, comprising: converting the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) in a spectral representation with a plurality of frequency bands, for each of which at least one amplitude parameter is determined; and combine the spectral representation of the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) to obtain a spectral representation of the substitution signal ( 10 ) with the predetermined, from the directional characteristics of the first ( 8a ) and second ( 8b ) Signals of differing directivity, wherein the absolute values of the amplitude parameters of the first signal ( 8a ) and the second signal ( 8b ) and combined to produce an amplitude parameter of a spectral representation of the substitution signal ( 10 ) to obtain. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.Computer program with a program code for execution The method of claim 19 when the program is on a computer expires. Signalanalysesystem zum Erzeugen einer Parametrisierung, die eine räumliche Charakteristik eines Signals beschreibt, mit folgenden Merkmalen: einem Signalprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18; und einem Raumsignalanalysator, um unter Verwendung der spektralen Darstellungen des ersten Signals (8a), des zweiten Signals (8b) und des Substitutionssignals (10) die Parameter der Parametrisierung zu erzeugenSignal analysis system for generating a parameterization which describes a spatial characteristic of a signal, having the following features: a signal processor according to any one of claims 1 to 18; and a spatial signal analyzer to use the spectral representations of the first signal ( 8a ), the second signal ( 8b ) and the substitution signal ( 10 ) to generate the parameters of the parameterization Signalanalysesystem gemäß Anspruch 21, bei dem der Raumsignalanalysator ausgebildet ist, um eine DirAC-Parametrisierung zu erzeugen.Signal analysis system according to claim 21, in which the spatial signal analyzer is designed to a DirAC parameterization to create. Signalanalysesystem gemäß einem der Patentansprüche 21 oder 22, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, aus einem ersten Signal (8a) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer X-Richtung und aus einem zweiten Signal (8b) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer dazu orthogonalen Y-Richtung ein Substitutionssignal (10) mit einer toroidalen Richtcharakteristik zu erzeugen; und der Klangfeldanalysator ausgebildet ist, einen Richtungsparameter, der eine Einfallsrichtung des Schallfeldes in der X-Y-Ebene und einen Diffusivitätsparameter, der eine Diffusität der Signalenergie in der X-Y-Ebene angibt, zu bestimmen.Signal analysis system according to one of the claims 21 or 22, in which the signal combiner ( 6 ) is formed from a first signal ( 8a ) with a dipole-shaped directional characteristic in an X-direction and a second signal ( 8b ) with a dipole-shaped directional characteristic in a Y direction orthogonal thereto, a substitution signal ( 10 ) with a toroidal directional characteristic; and the sound field analyzer is configured to determine a directional parameter indicative of an incident direction of the sound field in the XY plane and a diffusivity parameter indicative of a diffusibility of the signal energy in the XY plane. Signalanalysesystem gemäß einem der Patentansprüche 21 oder 22, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, aus einem ersten Signal (8a) mit omnidirektionaler Richtcharakteristik und aus einem zweiten Signal (8b) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer X-Richtung ein Substitutionssignal (10) mit einer toroidalen Richtcharakteristik zu erzeugen; und der Klangfeldanalysator ausgebildet ist, einen Richtungsparameter, der eine Einfallsrichtung des Schallfeldes in einer X-Y-Ebene und einen Diffusivitätsparameter, der eine Diffusität der Signalenergie in der X-Y-Ebene angibt, zu bestimmen.Signal analysis system according to one of the claims 21 or 22, in which the signal combiner ( 6 ) is formed from a first signal ( 8a ) with omnidirectional directivity and a second signal ( 8b ) with a dipole-shaped directional characteristic in an X-direction a substitution signal ( 10 ) with a toroidal directional characteristic; and the sound field analyzer is configured to determine a direction parameter indicating an incident direction of the sound field in an XY plane and a diffusivity parameter indicating a diffusibility of the signal energy in the XY plane. Signalanalysesystem gemäß einem der Patentansprüche 21 oder 22, bei dem der Signalkombinierer (6) ausgebildet ist, aus einem aus einem ersten Signal (8a) mit omnidirektionaler Richtcharakteristik, einem zweiten Signal (8b) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer X-Richtung und einem dritten Signal (8c) mit dipolförmiger Richtcharakteristik in einer zur X-Richtung orthogonalen Y-Richtung ein Substitutionssignal (10) mit einer dipolförmiger Richtcharakteristik in einer zur X- und zur Y-Richtung senkrechten Z-Richtung zu erzeugen; und der Klangfeldanalysator ausgebildet ist, einen ersten und einen zweiten Richtungsparameter, welche eine Einfallsrichtung des Schallfeldes im 3-dimensionalen Raum und einen Diffusivitätsparameter, der eine Diffusität der Signalenergie in dem 3-dimensionalen Raum angibt, zu bestimmen.Signal analysis system according to one of the claims 21 or 22, in which the signal combiner ( 6 ) is formed from a first signal ( 8a ) with omnidirectional directivity, a second signal ( 8b ) with a dipole-shaped directional characteristic in an X-direction and a third signal ( 8c ) having a dipole-shaped directional characteristic in a Y direction orthogonal to the X direction, a substitution signal ( 10 ) with a dipole-shaped directional characteristic in a Z-direction perpendicular to the X-direction and Y-direction; and the sound field analyzer is configured to determine a first and a second direction parameter indicating an incident direction of the sound field in the 3-dimensional space and a diffusivity parameter indicating a diffusibility of the signal energy in the 3-dimensional space.
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